KR100690099B1 - Flexible fabric from fibrous web and discontinuous domain matrix - Google Patents

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Abstract

A composite having a plurality of filaments arranged in a fibrous web that is held together in a unitary structure by a domain matrix. The domain matrix comprises a plurality of matrix islands that individually connect, or bond, at least two filaments, to thereby hold the filaments in a unitary structure. Portions of the filament lengths within the unitary structure are free of matrix islands, causing the domain matrix to be discontinuous. The composite possesses a greater flexibility than coated structures. The composite may be formed into cross-plied structures. A method of making the composite also is disclosed.

Description

섬유망 및 불연속성 도메인 매트릭스로 이루어진 유연성 직물{FLEXIBLE FABRIC FROM FIBROUS WEB AND DISCONTINUOUS DOMAIN MATRIX}FLEXIBLE FABRIC FROM FIBROUS WEB AND DISCONTINUOUS DOMAIN MATRIX}

본 발명은 매트릭스 아일랜드(island)를 형성하는 물질 도메인과 일체로 형성된 연속 섬유층 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매트릭스 아일랜드와 매트릭스 아일랜드 격자(latticed) 연속 섬유층 시스템의 조성물을 함께 보유하는 연속 섬유층 시스템을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 섬유층 시스템은 높은 내축격성 휨 및 강도 특성, 특히 내-충격성이 큰 유연한 물품에 유용한 고강도 복합체(composite)를 제공한다.The present invention relates to a continuous fibrous layer system formed integrally with a material domain forming a matrix island, and more particularly to a continuous fibrous layer system holding together a composition of a matrix island and a matrix island lattice continuous fiber layer system. It relates to a manufacturing method. The fibrous layer system of the present invention provides a high strength composite useful for flexible articles with high axial resistance to warpage and strength properties, especially high impact resistance.

방탄 조끼, 헬멧, 방탄복, 장갑판 및 이외 경찰 및 군 장치, 헬리콥터, 비행기, 배 및 차량용 패널 그리고 고강도 섬유(fiber)를 포함하는 서류가방과 같은 탄도 충격에 대한 저항성을 갖도록 디자인된 물품들이 알려져 있다. 알려져 있는 고강도 섬유는 아라미드 섬유, 폴리(페닐렌디아민 테레프탈아미드), 초-고-분자량 폴리에틸렌, 탄소섬유, 세라믹 섬유, 나일론 섬유, 유리섬유 등과 같은 섬유를 포함한다. 상기 섬유들은 일반적으로 연속 매트릭스 물질 구조로 캡슐화되거나 혹은 구조내에 내장(embeded)되며, 몇몇 경우에는 단단한 페이싱과 함께 복합된 복합체 구조를 형성한다. 방탄복은 총알 및 이와 비슷한 꿰뚫는 물체 또는 발사체 상태와 같 은 탄도 발사체에 대한 보호성을 제공해야한다. 그러나, 방탄복, 방탄 조끼 등은 빳빳하고 착용자의 움직임을 제한할 수 있다.Items designed to be resistant to ballistic impact are known, such as bulletproof vests, helmets, body armor, armor plates and other police and military devices, helicopters, aircraft, ship and vehicle panels, and briefcases containing high strength fibers. Known high strength fibers include fibers such as aramid fibers, poly (phenylenediamine terephthalamide), ultra-high molecular weight polyethylene, carbon fibers, ceramic fibers, nylon fibers, glass fibers and the like. The fibers are generally encapsulated or embedded in a continuous matrix material structure, and in some cases form a complex composite structure with hard facing. Body armor should provide protection against ballistic projectiles such as bullets and similar pierced or projectile states. However, body armor, bulletproof vests and the like may be strict and limit the wearer's movement.

탄도-저항성 복합체는 미국 특허 제 4,403,012; 4,501,856 및 4,563,392(Harpell 등)에 개시되어 있다. 이러한 특허에는 올레핀 중합체 및 공중합체, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 및 그 섬유의 융점이하에서 경화가능한 다른 수지로 구성된 매트릭스중의 고강도 섬유 그물망이 개시되어 있다. 이와 같은 복합체들은 효과적인 탄도 저항성을 제공하는 한편, "The Effect of Resin Concentration and Laminating Pressures on Kevlar Fabric Bonded with Modified Phenolic Resin"(A.L.Lastnik 등, 1984,6,8), Technical Roport NATICK/TR-84/030에는 직물의 섬유를 캡슐화하고 결합하는 격자간 수지(interstitial resin)가 결과물인 복합체의 탄도-저항성을 감소시킴이 개시되어 있다. 따라서, 고강도 섬유의 특성을 효과적으로 이용하기 위하여 복합체의 구조를 향상시킬 필요가 있다. Ballistic-resistant composites are described in US Pat. No. 4,403,012; 4,501,856 and 4,563,392 to Harpell et al. This patent discloses a high strength fiber mesh in a matrix composed of olefin polymers and copolymers, unsaturated polyester resins, epoxy resins and other resins curable under the melting point of the fibers thereof. Such composites provide effective ballistic resistance, while "The Effect of Resin Concentration and Laminating Pressures on Kevlar Fabric Bonded with Modified Phenolic Resin" (ALLastnik et al., 1984, 6, 8), Technical Roport NATICK / TR-84 / 030 discloses that interstitial resins, which encapsulate and bind fibers in the fabric, reduce the ballistic-resistance of the resulting composite. Therefore, it is necessary to improve the structure of the composite in order to effectively use the properties of high strength fibers.

미국 특허 제 4,623,574(Harpell 등, 1985,1,14 출원)에는 탄성중합 매트릭스내에 내장된(embeded) 고강도 섬유를 포함하는 간단한 복합체가 개시되어 있다. 놀랍게도, 상기 간단한 복합체 구조물은 상기 특허에 개시되어 있는 그 결과물인 단단한 매트릭스를 이용하는 간단한 복합체와 비교하여 매우 우수한 탄도 보호성을 나타낸다. 특히 미국 특허 제 4,413,110에 개시된 바와 같은 초-고 분자량 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 이용하는 간단한 복합체가 효과적이다.U. S. Patent No. 4,623, 574 to Harpell et al., Filed 1985,1, 14, discloses a simple composite comprising high strength fibers embedded in an elastomeric matrix. Surprisingly, the simple composite structure exhibits very good ballistic protection compared to the simple composite using the resulting rigid matrix disclosed in the patent. In particular, simple composites using ultra-high molecular weight polyethylene and polypropylene as disclosed in US Pat. No. 4,413,110 are effective.

일반적으로 수지의 퍼센트가 섬유함량의 최소 10체적%로 제한된 연속 도메인을 갖는 복합체가 이 분야에 개시되어 있다. 미국 특허 제 4,403,012에는 매트릭스 가 개시되어 있으며 이는 바람직하게 섬유의 10-50중량%범위로 존재한다. 미국 특허 제 4,501,856에는 복합체의 40-85체적%인 바람직한 섬유 그물망(fiber network) 함량이 개시되어 있다. 미국 특허 제 4,563,392에는 매트릭스 성분의 양의 어떠한 범위에 대하여 개시되어 있지 않다. 탄도 저항성을 증가시키기위해 가능한 한 결과물인 복합체중 섬유의 체적 및/또는 중량%가 높게 유지되는 것이 바람직하다.In general, composites having continuous domains in which the percentage of resin is limited to at least 10% by volume of the fiber content are disclosed in the art. U. S. Patent No. 4,403, 012 discloses a matrix which is preferably present in the range of 10-50% by weight of the fibers. U.S. Patent 4,501,856 discloses a preferred fiber network content of 40-85% by volume of the composite. No. 4,563,392 does not disclose any range of amounts of matrix components. It is desirable to keep the volume and / or weight percent of the fibers in the resulting composite as high as possible to increase ballistic resistance.

미국 특허 제 5,061,545 및 5,093,158에는 비-균일적으로 분포된 중합체 매트릭스를 갖는 섬유/중합체 복합체 및 그 복합체의 제조 방법이 개시되어 있다. 이러한 특허는 단일-방향성 섬유의 그물망을 갖는 섬유망 및 상기 섬유망의 주요 면에 분포되어 있는 비-균일하지만 연속적인 매트릭스 조성물을 가리키고 있다. 상기 섬유망(fiberous web)은 매트릭스 조성물내에 넣어지고 그리고 비-균일하게 분포되더라도 상기 매트릭스 조성물은 상기 섬유망의 모든 섬유 멤버와 결합하여 연속적으로 유지된다. 상기 특허에는 그 결과물인 결합된 망의 일부가 다른 부분보다 많은 양의 중합체를 갖도록 하는 패턴화된 표면이 존재하도록 섬유망과 함께 비-균일하게 분포하는 중합 조성물이 개시되어 있다. 따라서, 중합체가 편입된 망의 일체성(integrity)을 유지하는데 필요한 중합체의 총 량은 감소되었다. 상기 특허에는 나아가 상기 중합체층의 일체성을 제공하는 두꺼운 지역은 바람직하게 상기 섬유/중합 복합체의 표면에 따라 연속적인 지역을 제공하는 것이 개시되어 있다.U.S. Patents 5,061,545 and 5,093,158 disclose fiber / polymer composites having non-uniformly distributed polymer matrices and methods of making the composites. This patent refers to a fibrous network having a mesh of unidirectional fibers and a non-uniform but continuous matrix composition distributed over the main face of the fibrous network. Although the fibrous web is enclosed in a matrix composition and distributed non-uniformly, the matrix composition remains in engagement with all the fiber members of the fibrous network. The patent discloses a polymeric composition which is non-uniformly distributed with the fibrous mesh such that there is a patterned surface such that some of the resulting bonded nets have a greater amount of polymer than others. Thus, the total amount of polymer required to maintain the integrity of the mesh into which the polymer is incorporated has been reduced. The patent further discloses that thick areas providing the integrity of the polymer layer preferably provide a continuous area along the surface of the fiber / polymer composite.

미국 특허 제 4,623,574와 같은 다른 특허에는 중합체 매트릭스내에 섬유망으로 이루어진 복합체를 제조하기가 어려움을 나타내고 있다. 표 6에서, 샘플 12는 많은 양의 섬유가 사용되는 샘플의 합체(consolidation)가 결여되어 시험될 수 없다.
미국특허 제 3,686,048에는 둘 또는 그 이상의 인접한 필라멘트사이가 수지 필라멘트에 의해 서로 유지되는 다수의 평행한 섬유를 포함하는 복합체가 개시되어 있다.
Other patents, such as US Pat. No. 4,623,574, present difficulties in producing composites of fibrous mesh in a polymer matrix. In Table 6, Sample 12 cannot be tested due to lack of consolidation of the sample in which a large amount of fiber is used.
U. S. Patent No. 3,686, 048 discloses a composite comprising a plurality of parallel fibers in which two or more adjacent filaments are held together by a resin filament.

또한 비용 및 직물의 질은 방탄복의 유용성에 영향을 준다. 통상적인 직물 비용은 야안 데니어(yarn denier)가 감소됨에따라 극적으로 상승한다. 또한 탄도 성능 및 유연성은 각 층의 면밀도(areal density)가 감소함에따라 향상된다.Cost and quality of fabric also affect the usefulness of body armor. Typical fabric costs rise dramatically as the yarn denier is reduced. Ballistics performance and flexibility are also improved as the area density of each layer decreases.

본 발명은 섬유망 및 불연속 도메인 매트릭스, 바람직하게는 중합 조성물을 포함하는 복합체이다. 상기 도메인 매트릭스는 섬유망내에 고정된 매트릭스 아일랜드(matrix island) 또는 고정 지점(anchor points)을 제공하여 섬유망의 일부분이 균일한 구조로 결합되도록 한다. 상기 매트릭스 아일랜드는 상기 섬유망내에의 두개의 필라멘트 정도와 같이 가능한한 적게 부착되거나 또는 연속 스트링(고 신장 도메인)과 같은 형태로 되는 것을 포함하는 모든 섬유망 필라멘트와 같이 가능한한 많이 부착될 수 있다. 매트릭스 아일랜드의 충분한 수, 크기, 형태 및 분포에 의해 상기 섬유망내에의 각 필라멘트는 균일한 구조를 형성한다.The present invention is a composite comprising a fibrous network and a discrete domain matrix, preferably a polymeric composition. The domain matrix provides matrix islands or anchor points anchored in the fiber network to allow portions of the fiber network to be joined in a uniform structure. The matrix islands may be attached as much as possible, such as all the filaments of the filament, including as few as possible, such as two filaments in the fiber, or in the form of a continuous string (high stretching domain). By sufficient number, size, shape and distribution of matrix islands each filament in the fiber network forms a uniform structure.

섬유망(fibrous web)은 다수의 섬유(fiber)로 정의되는 층이다. 전형적으로, 층은 얇으며 최소 하나의 필라멘트의 깊이를 갖는 표면으로 정의한다. 바람직하게, 상기 섬유망은 상기 섬유가 단일한-방향으로된 테이프 또는 층이다. 단일한-방향(uni-directional)이란 상기 섬유가 망내에서 서로 평행하거나 또는 상기 섬유가 겹치지않고 주어진 방향 축을 따라 확장되는 것을 의미한다. 매트릭스 아일랜드는 2 또는 그 이상의 필라멘트와 공간적 분포를 형성하는 다른 매트릭스 아일랜드로 부터 분리되어 있거나 또는 불연속적인 각 매트릭스 아일랜드를 함께 고정, 바람직하게 결합하는 고정 지점으로 정의된다. 집합적으로, 상기 매트릭스 아일랜드는 상기 섬유망이 균일한 유연한 구조로서 결합하는 도메인 매트릭스를 구성한다. 상기 매트릭스 아일랜드는 일정한 및/또는 불규칙적인 패턴으로 상기 도메인 매트릭스내에 분포될 수 있다. 상기 도메인 매트릭스의 중합 물질의 양은 매트릭스가 없는 섬유 지역(이하 "코팅되지않은 섬유" 또는 "코팅되지않은 필라멘트"로 칭함)이 존재할 수 있도록 작다. 섬유망은 교차-플라이(cross-plied)되어 유연한 패널을 형성할 수 있다.A fibrous web is a layer defined by a number of fibers. Typically, the layer is defined as a surface that is thin and has a depth of at least one filament. Preferably, the fibrous network is a tape or layer in which the fibers are mono-oriented. Uni-directional means that the fibers are parallel to each other in the network or the fibers extend along a given direction axis without overlapping. A matrix island is defined as a fixation point that fixes, preferably joins, each matrix island that is separate or discontinuous from other matrix islands that form a spatial distribution with two or more filaments. Collectively, the matrix islands constitute a domain matrix into which the fiber network binds as a uniform flexible structure. The matrix islands may be distributed in the domain matrix in a regular and / or irregular pattern. The amount of polymeric material of the domain matrix is small so that there can be a fiber zone without matrix (hereinafter referred to as "uncoated fiber" or "uncoated filament"). The fiber network can be cross-plied to form a flexible panel.

본 발명은 본질적으로 서로 평행하며, 바람직하게는 단일 방향축에 따라 배열된 다수의 섬유 및 다수의 섬유가 단일한 구조가 되도록 상기 다수의 섬유를 고정, 바람직하게는 결합하도록 상기 다수의 섬유의 최소 일부와 교차하는 매트릭스 아일랜드를 포함하는 복합체를 포함하며, 이때 다수의 섬유는 평면외 유연성(out-of-plane flexibility)를 갖는다.The present invention is essentially parallel to each other, preferably a plurality of fibers arranged along a single direction axis and a minimum of the plurality of fibers to fix, preferably join, the plurality of fibers such that the plurality of fibers is of a single structure. Composites comprising matrix islands intersecting some, wherein a number of fibers have out-of-plane flexibility.

또한, 본 발명은 다수의 섬유를 층으로 배열하는 단계 및 각 매트릭스 아일랜드가 다수의 섬유가 단일한 구조로 고정, 바람직하게는 결합되도록 각 매트릭스 아일랜드가 충분한 부분의 다수의 섬유와 교차되도록 다수의 섬유내에 다수의 매트릭스 아일랜드를 배치하는 단계를 포함하는, 매트릭스 아일랜드와 결합된(bridged) 섬유망 복합체를 제조하는 방법을 포함한다.In addition, the present invention provides a method of arranging a plurality of fibers in a layer and a plurality of fibers such that each matrix island intersects with a plurality of fibers in sufficient portions such that each matrix island is fixed, preferably joined in a single structure. A method of making a fiberglass composite bridged with a matrix island, comprising disposing a plurality of matrix islands within.

본 발명의 복합체(composite)는 테이프 래잉(laying) 또는 필라멘트 와인딩의 통상적인 직물 공정에서 전구체로 사용될 수 있는 유연한 테이프, 바람직하게 단일-방향성(unidirectional)테이프(유니-테이프라고도 칭함)를 형성할 수 있다. 상기 복합체의 교차단면 형태는 용도에 따라 플랫 리본 형태, 타원형, 원형 및 브래이딩(braiding) 및 니팅(knitting)과 같은 주어진 직물 공정에 바람직한 특정 형태와 같이 다양할 수 있다. 유연한 프리프레그의 층은 조합되어 교차-플라이된 제품으로 형성할 수 있다.The composites of the present invention can form flexible tapes, preferably unidirectional tapes (also referred to as uni-tapes), which can be used as precursors in conventional textile processes of tape laying or filament winding. have. The cross-sectional shape of the composite can vary depending on the application, such as flat ribbon form, oval, round and specific forms desired for a given fabric process, such as braiding and knitting. The layers of flexible prepreg can be combined to form a cross-ply product.

본 발명의 섬유망과 매트릭스 도메인의 복합체 그리고 방법은 망 일체성을 유지하면서 이 기술분야에 이미 알려진 것보다 섬유 대 중합체의 체적비가 현저하게 개선된다. 이러한 구조는 수증기를 전달하는 능력을 가지며 탄도 효율성 및 높은 유연성을 갖는다.The composites and methods of the fibrous mesh and matrix domains of the present invention significantly improve the volume ratio of fiber to polymer than is already known in the art while maintaining network integrity. This structure has the ability to deliver water vapor and has ballistic efficiency and high flexibility.

도 1은 단일-방향성 구조를 형성하는 랜덤 매트릭스 아일랜드를 갖는 바람직한 섬유망의 평면도이며;1 is a plan view of a preferred fibrous network having random matrix islands forming a mono-directional structure;

도 1A는 도 1의 도메인 매트릭스를 나타내며;1A shows the domain matrix of FIG. 1;

도 2는 단일-방향성 구조로 필라멘트와 결합하는 균일한 매트릭스 아일랜드의 도메인 매트릭스를 나타내는 평면도이며;2 is a plan view showing a domain matrix of uniform matrix islands that engage filaments in a uni-directional structure;

도 3은 90도 교차-플라이된 2개의 도 1의 단일-방향성 테이프의 길이에 따른 매트릭스 아일랜드의 형태를 나타내는 평면도이며;3 is a plan view showing the shape of a matrix island along the length of two unidirectional tapes of FIG. 1 that are 90-degree cross-ply;

도 3A는 단일 매트릭스 아일랜드의 형태를 나타내는 도면이며; 3A is a diagram illustrating the form of a single matrix island;

도 4A는 도 1의 구조의 두층으로 부터 교차-플라이된 0/90 복합체 구조를 나타내는 분해사시도이며;FIG. 4A is an exploded perspective view showing a 0/90 composite structure cross-flyed from two layers of the structure of FIG. 1; FIG.

도 4B는 도 4A의 평면도이며;4B is a top view of FIG. 4A;

도 4C는 도 4A의 측면도이며;4C is a side view of FIG. 4A;

도 5A는 외막층을 갖는 도 4A-4C의 측면도이며;5A is a side view of FIGS. 4A-4C with an outer membrane layer;

도 5B는 도 5A의 분해사시도이며; 5B is an exploded perspective view of FIG. 5A;

도 6은 단일-방향성 테이프의 교차-플라이된 구조를 나타내는 평면도이며;6 is a plan view showing a cross-ply structure of a uni-directional tape;

도 7은 본 발명의 복합체를 제조하는 바람직한 방법을 나타내는 도면이며; 7 shows a preferred method of making a composite of the present invention;

도 8은 본 발명의 복합체를 제조하는 다른 바람직한 방법을 나타내는 도면이다.8 is a view showing another preferred method for producing a composite of the present invention.

본 발명은 도메인 매트릭스에 의해 고정된 섬유망(fibrous web)으로 정의하는 필라멘트를 갖는 복합체에 관한 것이다. 상기 복합체는 바람직하게 상기 도메인 매트릭스에 고정된 평행하는 필라멘트 배열로 간주되는 평행한 섬유 형태로된 다수의 필라멘트를 포함한다. 상기 도메인 매트릭스는 바람직하게 중합체 물질로 이루어지며 상기 도메인 매트릭스내에 공간적으로 분포된 다수의 매트릭스 아일랜드로 구성된다. 상기 매트릭스 아일랜드는 서로 고정되어 상기 섬유망의 필라멘트를 단일한 구조로 유지한다. 이러한 고정(anchor) 상기 섬유망 각각의 필라멘트를 위치적으로 서로 고정하나, 그 결합은 굽혀질 수 있다. 상기 섬유 체적 분율로서 취해지는 섬유망의 주어진 면적에 대한 매트릭스 아일랜드의 총 체적은 상기 도메인 매트릭스의 체적비 밀도(Vm/Vf)로 정의된다.The present invention relates to a composite having a filament defined by a fibrous web fixed by a domain matrix. The composite preferably comprises a plurality of filaments in the form of parallel fibers, which are regarded as parallel filament arrays fixed to the domain matrix. The domain matrix preferably consists of a polymeric material and consists of a plurality of matrix islands spatially distributed within the domain matrix. The matrix islands are fixed to each other to maintain the filaments of the fiber network in a single structure. Such anchors anchor the filaments of each of the fibrous meshes locally, but the bonds can be bent. The total volume of the matrix islands for a given area of the fiber network, taken as the fiber volume fraction, is defined as the volume ratio density (V m / V f ) of the domain matrix.

상기 도메인 매트릭스의 매트릭스 아일랜드는 필라멘트 물질이 아닌 다른 것 과 물리적으로 연결되지 않는다. 이와 같이, 상기 도메인 매트릭스는 불연속 중합체 물질 또는 "아일랜드(island)"를 포함한다. 그러나, 상기 매트릭스 아일랜드가 영구적으로 특정 섬유 위치를 고정함에 따라, 상기 도메인 매트릭스는 고정된 구조이다. 상기 도메인 매트릭스의 불연속적 구조는 연속적인 매트릭스 조성물보다 상기 복합체에서 섬유의 체적 퍼센트가 커지도록 한다. 또한, 강건한 구조가 생성된다. 즉, 상기 도메인 매트릭스는 분리 또는 흩어지는 경향없이 쉽게 조작되는 단일한 구조로 상기 섬유와 결합한다. The matrix islands of the domain matrix are not physically connected to anything other than the filament material. As such, the domain matrix comprises a discontinuous polymeric material or “island”. However, as the matrix islands permanently fix specific fiber locations, the domain matrix is a fixed structure. The discontinuous structure of the domain matrix results in a larger volume percentage of fibers in the composite than the continuous matrix composition. In addition, a robust structure is produced. That is, the domain matrix combines with the fibers in a single structure that is easily manipulated without the tendency to separate or disperse.

상기 도메인 매트릭스의 불연속적 구조는 프리프레그 및 이로부터 제조된 제품내에 격리된 도메인을 생성한다. 코팅되지않은 또는 매트릭스 물질이 없는 섬유의 주요 부분을 남기는 상기 격리된 도메인은 상기 복합체의 굽힘성(bending)을 증가시키기위해 필요하다. 사용되는 도메인 매트릭스의 양은 상기 프리프레그 및 그 결과물인 제품에 코팅되지않은 필라멘트 세그먼트를 제공하도록 충분히 작아야하며, 매트릭스가 없는 지역을 증대시키는 양으로 포함할 수 있다. 상기 체적비(Vm/Vf)는 상기 섬유 및 중합체 물질이 코팅되지않은 필라멘트 부분을 적합하게 생성할 정도로 긴 0.5정도로 높을 수 있다. 그러나, 상기 도메인 매트릭스는 바람직하게 약 0.4이하, 보다 바람직하게 약 0.25-0.02, 그리고 가장 바람직하게는 약 0.2-0.05의 체적비양으로 존재할 수 있다. 상기 매트릭스 아일랜드의 공간분포에 의해, 매우 높은 섬유 체적으로 편입되어 상기 복합체의 조작 및 절단, 그리고 단방향성 프리프레그 테이프의 스태킹과 같은 공정 및 사용 도중에 향상된 물리적 일체성(integrity)을 갖는 구조를 형성할 수 있다. 그 결과물인 섬유망 구조는 섬유망내에 결합된 비코팅 섬유의 유연성을 유지한다. 그 일체성 및 조작성을 유지한다는 것은 상기 섬유 중합체 복합체가 공정 및 사용 도중에 야안(yarn) 분리없이 그 구조를 유지함을 의미한다. 수지와 결합된 일층 이상의 섬유망이 형성되어 0/90, +45/-45, +30/-30, 0/60/120, 0/45/90/135 등과 같은 여러가지의 다층 라미네이트를 형성할 수 있다. 이러한 다층 복합 라미네이트는 충격, 보다 상세하게는 탄도 충격에 대한 저항성을 갖음이 밝혀졌다.The discrete structure of the domain matrix creates an isolated domain in the prepreg and the product made therefrom. The isolated domain, leaving a major portion of the fiber uncoated or matrix free, is necessary to increase the bending of the composite. The amount of domain matrix used should be small enough to provide uncoated filament segments in the prepreg and the resulting product, and may include amounts that increase the area where the matrix is absent. The volume ratio (V m / V f ) may be as high as 0.5, long enough to adequately produce the uncoated filament portion of the fiber and polymeric material. However, the domain matrix may preferably be present in a volume ratio of about 0.4 or less, more preferably about 0.25-0.02, and most preferably about 0.2-0.05. The spatial distribution of the matrix islands incorporates very high fiber volumes to form structures with improved physical integrity during processing and use, such as manipulation and cutting of the composite and stacking of unidirectional prepreg tapes. Can be. The resulting fibrous network structure maintains the flexibility of the uncoated fibers bonded within the fibrous network. Maintaining its integrity and operability means that the fiber polymer composite maintains its structure without yarn separation during processing and use. One or more layers of fiber mesh combined with resin can be formed to form various multilayer laminates such as 0/90, + 45 / -45, + 30 / -30, 0/60/120, 0/45/90/135, etc. have. It has been found that such multilayer composite laminates are resistant to impacts, more specifically ballistic impacts.

본 발명에 의한 복합체의 각각의 섬유망 섹션은 중합 물질을 갖는 그리고 중합 물질을 갖지않는 지역을 제공하며 상기 섬유망으로 부터 둘 또는 그 이상의 필라멘트를 서로 고정(바람직하게는 결합)하는 중합체, 또는 매트릭스 아일랜드의 공간적 분포를 갖는다.Each fibrous section of the composite according to the present invention provides a region with and without a polymeric material and polymers or matrices that secure (preferably bond) two or more filaments from each other from the fibrous network. It has a spatial distribution of Ireland.

도 1은 섬유망 12 및 도메인 매트릭스 14를 포함하는 복합체 10을 나타낸다. 섬유망 12는 단일한-방향으로 배열되는 필라멘트 16으로 이루어진다. 각각의 매트릭스 아일랜드 18와 비교하여 도 1A에 별도로 나타낸 도메인 매트릭스 14는 섬유망 12내에 구조되며 상기 섬유망 12에 의해 그 안에서 정의된다. 도 1 및 1A에 나타낸 바와 같이, 상기 도메인 매트릭스 14가 각각의 필라멘트 16을 결합하더라도 매트릭스 아일랜드 18의 위치를 규정하는 것은 필라멘트 16의 위치이다.1 shows a composite 10 comprising a fibrous network 12 and a domain matrix 14. The fiber network 12 consists of filaments 16 arranged in a single-direction. Compared to each matrix island 18, the domain matrix 14 shown separately in FIG. 1A is structured within and defined by the fiber network 12. As shown in Figures 1 and 1A, it is the location of filament 16 that defines the location of matrix island 18 even though the domain matrix 14 binds each filament 16.

상기한 바와 같이, 도메인 매트릭스 14는 매트릭스 아일랜드 18의 결합으로 형성되며 중합체 물질의 불연속적 매트릭스로 존재한다. 매트릭스 아일랜드 18에 의해 고정되는 코팅되지않은 필라멘트 16은 프리프레그가 종래 알려지지않은 치수 적인 유연성을 이룰 수 있게 한다. 본 발명의 구조는 기체 및 액체를 전달할 수 있다. 나아가, 상기 매트릭스가 없는 부분은 다른 수지로 채워져 복합체의 원하는 물성 또는 특성을 이룰 수 있다. As noted above, domain matrix 14 is formed by the bonding of matrix islands 18 and exists as a discontinuous matrix of polymeric material. Uncoated filament 16 secured by matrix island 18 allows the prepreg to achieve dimensional flexibility that is not known in the art. The structure of the present invention can deliver gases and liquids. Further, the matrix-free portion may be filled with other resins to achieve the desired physical properties or properties of the composite.

일 구체화로, 매트릭스 아일랜드 18은 상기 섬유망 12의 길이에 걸쳐 섬유망 12내에 불규칙적으로 및/또는 불균일하게 배치된다. 각 매트릭스 아일랜드 18은 최소 2개의 필라멘트 16의 상호 위치를 보유하며 그리고 단일-방향 테이프내에서 필라멘트 16 모두의 상호 위치를 보유할 수 있다. 여분의 중합체 물질은 섬유망 12의 공극 부분에 채워지는 경향이 있음으로 매트릭스 아일랜드 18은 망 12내의 필라멘트 16의 번들(bundle)보다 두껍지않은 것이 바람직하다. 집합적으로, 불규칙한 매트릭스 아일랜드 18은 단일한 구조적 형태로 섬유망 12를 유지하는 지지 도메인 매트릭스 14를 제공한다. 섬유망 12의 다른 섹션은 매트릭스 18의 크기 및/또는 공간밀도에 따라 중합 물질을 다른 양으로 가질 수 있다. 그러나, 주어진 섬유망 12는 일반적으로 특정한 특성을 제공하는 복합체의 전체 길이에 걸쳐 평균 크기, 크기분포, 매트릭스 아일랜드 18 사이의 평균 거리 그리고 매트릭스 아일랜드 18의 다른 통계적 특성을 갖는다. 또한 매트릭스 아일랜드 18의 크기는 보다 작은 크기의 매트릭스 아일랜드 18이 충격 발사체(projectiles)의 스케일에 따라 위치적으로 근접하게 배치된 필라멘트의 고안된 평행한 공간 위치를 보다 잘 조절하는 것과 같이 충격 발사체의 크기와 관련하여 상대적으로 작아야한다.In one embodiment, matrix island 18 is irregularly and / or non-uniformly arranged in fiber 12 over the length of the fiber 12. Each matrix island 18 has a mutual position of at least two filaments 16 and may have a mutual position of both filaments 16 in a single-directional tape. The excess polymeric material tends to fill the void portions of the fiber 12 so that the matrix island 18 is no thicker than the bundle of filaments 16 in the net 12. Collectively, the irregular matrix island 18 provides a support domain matrix 14 that maintains the fiber network 12 in a single structural form. Other sections of the fibrous network 12 may have different amounts of polymeric material depending on the size and / or spatial density of the matrix 18. However, a given fiber network 12 generally has an average size, size distribution, average distance between matrix islands 18 and other statistical properties of matrix islands 18 over the entire length of the composite providing particular properties. The size of the matrix island 18 also depends on the size of the impact projectile, such that the smaller matrix island 18 better controls the designed parallel spatial position of the filaments positioned in close proximity to the scale of the impact projectiles. In relation to it should be relatively small.

매트릭스 아일랜드 18은 특정 직물로부터 원하는 굴곡의 반경에 비교하여 작아야한다. 상기 매트릭스 아일랜드 18사이의 코팅되지않은 필라멘트 16은 섬유망 12의 유연성을 부여하는 한편, 상기 매트릭스 18을 구성하는 부분은 서로 고정되어섬유망 12내에 다수의 필라멘트를 유지하는 고정 지점이 된다. 바람직하게, 상기 매트릭스 아일랜드의 평균 크기는 최소 한 방향에서 약 5mm미만, 보다 바람직하게 약 3mm미만, 보다 더 바람직하게는 약 2mm미만 그리고 가장 바람직하게는 1mm미만이다. 상기 중합체 조성물을 갖는 부분이 매트릭스-프리(matrix-free) 부분처럼 유연하지는 않으나, 상기 중합체 조성물을 갖는 지역은 바람직하게 상기 섬유망 12에 유연성을 부여한다. 필라멘트 16 길이의 대부분은 바람직하게 매트릭스가 없으며(매트릭스 프리이며) 따라서 결과적으로 본 발명의 섬유망 12는 섬유가 매트릭스내에 완전히 감싸지는 경우의 망보다 쉽게 움직일 수 있다.Matrix island 18 should be small compared to the radius of curvature desired from the particular fabric. The uncoated filaments 16 between the matrix islands 18 give the flexibility of the fibrous network 12, while the parts constituting the matrix 18 are fixed to each other to become anchor points for maintaining a plurality of filaments within the fibrous network 12. Preferably, the average size of the matrix islands is less than about 5 mm, more preferably less than about 3 mm, even more preferably less than about 2 mm and most preferably less than 1 mm in at least one direction. Although the portion with the polymer composition is not as flexible as the matrix-free portion, the region with the polymer composition preferably gives flexibility to the fiber 12. Most of the filament 16 lengths are preferably matrix-free (matrix-free) and consequently the fiber network 12 of the present invention can move more easily than the network when the fiber is completely wrapped in the matrix.

도 2에 나타낸 다른 구체화로, 매트릭스 아일랜드 18은 섬유망 12의 길이에 걸쳐 불연속(분별되는) 도메인 매트릭스 14 부분내의 섬유망 12내에 균일하게 배치된다. 섬유망 12의 길이 A로 나타낸, 신장된 동등한 길이에 걸쳐 상기 매트릭스 아일랜드 18의 공간 밀도는 일반적으로 일정하게 유지된다. 그러나, 길이 B로 나타낸 섬유망 12의 보다 짧은 길이에 걸쳐 상기 매트릭스 아일랜드 18의 공간 밀도는 크게 달라질 수 있다. 도메인 매트릭스 14는 도 2에 나타낸 바와 같이 단일-방향 테이프의 한 면에서 다른 면으로 연속적일 수 있다.In another embodiment, shown in FIG. 2, matrix island 18 is evenly disposed within fiber 12 in a portion of the discrete (discriminated) domain matrix 14 over the length of fiber 12. The spatial density of the matrix islands 18 is generally kept constant over the elongated equivalent length, represented by the length A of the fiber network 12. However, the spatial density of the matrix island 18 can vary greatly over the shorter length of the fiber 12, represented by the length B. Domain matrix 14 may be continuous from one side to the other side of the uni-directional tape as shown in FIG. 2.

상기 매트릭스 아일랜드 18의 형태는 상층 필라멘트 16상의 매트릭스 아일랜드 18는 실선으로 및 바닥층 필라멘트 20상의 매트릭스 아일랜드 18는 파선으로 나타낸 도 3에서와 같이 일반적으로 섬유의 표면선을 따른다. 필라멘트 16 사이의 매트릭스 아일랜드 18의 크기는 평균적으로 인접한 층을 결합하고 사용시 구조적 일 체성을 유지하기에 충분한 양이다. 섬유망 또는 프리프레그내의 매트릭스 아일랜드 18의 크기, 형태 및 공간 밀도에 따라 최종 산물내의 코팅되지않은 필라멘트가 형성된다. 매트릭스 아일랜드 18의 형태는 섬유망 12의 주어진 섹션에 대하여 견딜 수 있는 굴곡 정도를 제공하는 한편, 각 필라멘트 16에 대한 고정 지점으로서의 기능적 특성을 보유한다. 개개의 매트릭스 아일랜드 18의 크기가 일반적으로 중요하지는 않으나, 주어진 용도에 대하여 구조적 일체성 및 강도를 제공하기위해 평균적으로 고정 지점에 걸쳐 매트릭스 조성물의 양이 충분하여야한다. 상기 매트릭스 아일랜드 18의 공간 분포는 필라멘트 16의 방향에 대하여 수직으로 또는 이외 각에 특정한 각을 이루는 구조적 일체성을 제공하는 한편, 상기 공간 밀도는 단일 섬유망 12의 독특한 특성을 제공한다.The shape of the matrix islands 18 generally follows the surface line of the fiber, as in FIG. 3 where matrix islands 18 on the upper filament 16 are solid and matrix islands 18 on the bottom filament 20 are broken. The size of matrix islands 18 between filaments 16 is on average sufficient to bond adjacent layers and maintain structural integrity in use. The uncoated filaments in the final product are formed depending on the size, shape and spatial density of matrix island 18 in the fibrous net or prepreg. The form of matrix island 18 provides a degree of bending that can be tolerated for a given section of fibrous network 12 while retaining the functional properties as a fixation point for each filament 16. The size of the individual matrix islands 18 is not generally important, but on average the amount of matrix composition should be sufficient over the fixation point to provide structural integrity and strength for a given application. The spatial distribution of the matrix island 18 provides structural integrity at a particular angle perpendicular to the direction of the filament 16 or at other angles, while the spatial density provides the unique properties of a single fiber network 12.

도 3에 나타낸 바와 같이, 각 매트릭스 아일랜드 18의 형태는 필라멘트 16의 길이를 따라 혹은 평행하게 그 길이가 연장된다. 상기 매트릭스 아일랜드 18의 연장된 형태는 매트릭스 소적(droplet)(물에서의 라텍스 서스펜션 혹은 매트릭스 용액)과 상기 필라멘트의 접촉시 습윤 현상에 기인한다. 그 다음 표면에너지를 감소시키도록 소적은 상기 필라멘트사이의 공간에 퍼진다. 도 3A에 나타낸 바와 같이 상기 매트릭스 아일랜드 18의 종횡비(aspect ratio), 또는 길이와 폭 비(d/w)는 특정 용도에 따라 지시된 광범위한 양에 걸쳐 유용할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니지만, 약 35:1-1:1, 약 20:1-1:1, 약 10:1-1:1 그리고 약 3:1-1:1의 비율을 포함한다.As shown in FIG. 3, the shape of each matrix island 18 extends in length along or parallel to the length of the filament 16. The extended form of the matrix island 18 is due to the phenomenon of wetting upon contact of the filament with a matrix droplet (latex suspension in water or matrix solution). The droplets then spread in the spaces between the filaments to reduce surface energy. As shown in FIG. 3A, the aspect ratio, or length and width ratio (d / w), of the matrix island 18 may be useful over a wide range of amounts, depending on the particular application, but is not limited thereto. 35: 1-1: 1, about 20: 1-1: 1, about 10: 1-1: 1 and about 3: 1-1: 1.

연장된 형태가 가장 일반적이나 이에 한정하는 것은 아니지만 도우넛 또는 환초(atolls), 직사각형, 정사각형, 원형, 타원 등과 같은 규칙적 형태 및 비대칭 아일랜드와 같은 불규칙한 형태를 포함하는 규칙적인 형태 및 뷸규칙적인 형태가 사용될 수 있다. 교차-플라이 복합 구조체 30으로 사용되는 교차 필라멘트 20과 함께 상기 매트릭스 아일랜드는 두 필라멘트 16 및 20 모두의 길이를 따라 연장되고 이에 모두 부착된다. 필라멘트 16 및 교차 필라멘트 20사이의 교차지점 22에서 매트릭스 아일랜드 18의 직경은 교차-플라이 형태로 형성되는 경우 단일-방향 패널(또는 섬유망)의 점부착을 결정한다. 본 발명의 유니-테이프 및 교차-플라이 형태는 매우 유연한, 다공성 구조를 제공한다. 일 면에 돌출된 중합 물질을 갖는 단일-방향 테이프가 제 2 단일-방향성 테이프와 교차-플라이되는 경우, 상기 중합 물질의 각 입자는 두 단일-방향 테이프내에 모두 프레스된다. 수지, 바람직하게 각 단일-방향 테이프의 섬유 방향을 따라 흐르는 수지는 교차 형태를 형성한다. 연장된 도메인의 각 표면에서, 연장된 도메인은 섬유 방향에 대하여 평행한 장축으로 형성된다. 0/90 또는 +45/-45 패널로 연장된 도메인이 포개놓아지며 서로 직각으로 배열된다.The elongated form is the most common but not limited to regular and irregular forms, including regular forms such as donuts or atolls, rectangles, squares, circles, ellipses, and irregular forms such as asymmetric islands. Can be. The matrix islands, along with the cross filaments 20 used as cross-ply composite structures 30, extend along the length of both filaments 16 and 20 and are both attached thereto. The diameter of the matrix island 18 at the intersection 22 between the filament 16 and the intersecting filament 20 determines the sticking of the single-directional panel (or fibrous network) when formed in the cross-ply configuration. Uni-tape and cross-ply forms of the present invention provide a highly flexible, porous structure. When a single-directional tape having a polymeric material protruding on one side cross-plies with a second single-directional tape, each particle of the polymeric material is pressed into both single-directional tapes. The resin, preferably the resin flowing along the fiber direction of each single-directional tape, forms a cross shape. At each surface of the extended domain, the extended domain is formed with long axes parallel to the fiber direction. Domains extending to 0/90 or + 45 / -45 panels are superimposed and arranged at right angles to each other.

도 4A-4C는 교차-플라이 형태로 형성된 도 1의 단일-방향 테이프의 바람직한 구체화를 나타낸다. 도 4A에 나타낸 바와 같이, 테이프 32 및 34는 예를 들어, 0/90, +30/-60 또는 +45/-45 배열과 같이 각각의 필라멘트에 대하여 서로 수직으로 층을 이룬다. 도메인 매트릭스 14를 형성하는 매트릭스 아일랜드 18은 필라멘트 16을 단일-방향 테이프 32 및 34에 결합할 뿐만아니라 상기 테이프 32 및 34와 결합한다. 부가적인 테이프는 -45/+45 형태와 같이 동일하거나 또는 다른 방향으로 상 기 테이프 32 및 34의 한 면 또는 양면에 배치될 수 있다. 도 4B는 불연속적 패턴으로된 매트릭스 아일랜드 18을 갖는 상층 테이프 32를 나타내는 도 4A의 평면도이다. 도 4C는 매트릭스 아일랜드 18로 결합된 상층 테이프 32와 바닥 테이프 34의 필라멘트 16을 나타내는 도 4A의 측면도이다.4A-4C show a preferred embodiment of the single-directional tape of FIG. 1 formed in cross-ply form. As shown in FIG. 4A, the tapes 32 and 34 are layered perpendicular to each other for each filament, for example in an 0/90, + 30 / -60 or + 45 / -45 arrangement. Matrix islands 18 forming domain matrix 14 not only bind filament 16 to unidirectional tapes 32 and 34, but also to the tapes 32 and 34. Additional tapes may be placed on one or both sides of the tapes 32 and 34 in the same or different directions, such as in the form -45 / + 45. 4B is a plan view of FIG. 4A showing an upper tape 32 having a matrix island 18 in a discontinuous pattern. 4C is a side view of FIG. 4A showing filament 16 of top tape 32 and bottom tape 34 bonded to matrix island 18.

도 5A 및 도 5B에 나타낸 바와 같이, 몇몇 경우에 일반적인 조작시 단일 섬유 및 필라멘트의 캣칭(catching) 또는 패널의 손상 가능성을 감소시키기위해 패널상에 표면막을 갖는것이 바람직하다. 도 5A는 두 필름 100 및 102사이에 위치하는 필라멘트 16으로 이루어진 상층 테이프 32 및 바닥 테이프 34의 측면도를 나타낸다. 테이프 32 및 34 그리고 필름 100 및 102는 매트릭스 아일랜드 18에 의해 함께 결합되며 집합적으로 상기 복합체의 도메인 매트릭스를 형성한다. 도 5B는 도 5A의 분해 사시도이며, 이는 매트릭스 아일랜드 18로 고정된 상층부 100 및 바닥부 102 필름을 갖는 매트릭스 아일랜드 18로 고정된 테이프 32 및 34를 나타낸다. 유연성이 최대가 되도록, 상기 필름은 바람직하게 얇으며 상기 테이프에 점 결합(spot bonded)된다.As shown in Figures 5A and 5B, in some cases it is desirable to have a surface film on the panel to reduce the possibility of catching single fibers and filaments or damaging the panel. 5A shows a side view of an upper tape 32 and a bottom tape 34 made of filament 16 positioned between two films 100 and 102. Tapes 32 and 34 and films 100 and 102 are joined together by matrix islands 18 and collectively form the domain matrix of the composite. FIG. 5B is an exploded perspective view of FIG. 5A, showing tapes 32 and 34 fixed to matrix island 18 with top layer 100 and bottom 102 films fixed to matrix island 18. For maximum flexibility, the film is preferably thin and spot bonded to the tape.

도 6은 테이프 34의 폭을 가로질러 신장된 매트릭스 아일랜드 18을 갖는 교차-플라이(cross-plied)된 구조를 나타낸다. 연장된 매트릭스 아일랜드 18은 제 2 테이프가 적용되는 경우에도 서로 불연속성을 유지한다. 단일-방향성 테이프에서 평행한 다중 섬유 전부에 다중 병렬 섬유에 걸쳐 직선으로 가로지르는 많이 연장된 좁은 매트릭스 도메인 14는 섬유 세트에 대하여 수직이거나 또는 각(

Figure 112001020798999-pct00001
), 바람직하 게 약 10-170도, 보다 바람직하게 약 30-150도의 각을 이루거나 다원(multiple circles), 타원, 난형 및 기하학적 형태로 형성된 패턴을 포함하는 곡선을 이룬다. 6 shows a cross-plied structure with matrix islands 18 extending across the width of tape 34. Extended matrix islands 18 remain discontinuous with each other even when the second tape is applied. The highly elongated narrow matrix domains 14 that traverse linearly across multiple parallel fibers to all parallel multiple fibers in a uni-directional tape are perpendicular to the fiber set or angle (
Figure 112001020798999-pct00001
), Preferably about 10-170 degrees, more preferably about 30-150 degrees, or a curve comprising patterns formed in multiple circles, ellipses, ovals and geometric shapes.

본 발명의 고강도 섬유는 적절한 중합 매트릭스 또는 도메인 매트릭스 14에서 바람직하게 최소 약 160g/denier의 신장모듈러스 및 최소 약 7g/denier의 인성을 갖는다. 도메인 매트릭스 14의 중합체 조성물은 탄성중합체, 열가소성 탄성중합체, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및/또는 이들의 조합 또는 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 중합체 조성물은 탄성중합 매트릭스 물질을 포함한다. 상기 섬유는 Instron RTM 시험 기계에서 100%/minute의 연신으로 4D 타이어 및 코드 클램프를 사용하여 ASTMD 2256에 따라 시험된다. 25℃에서 ASTM D638-84에 따른 측정시 20,000psi미만, 바람직하게 6000psi미만의 신장모듈러스을 갖는 탄성중합 조성물을 갖는 것이 바람직하다. The high strength fibers of the present invention preferably have a stretch modulus of at least about 160 g / denier and a toughness of at least about 7 g / denier in a suitable polymeric matrix or domain matrix 14. The polymer composition of domain matrix 14 may comprise an elastomer, a thermoplastic elastomer, a thermoplastic resin, a thermoset resin and / or a combination or mixture thereof. Preferably the polymer composition comprises an elastomeric matrix material. The fibers are tested according to ASTMD 2256 using 4D tires and cord clamps at 100% / minute stretching in an Instron RTM test machine. It is preferred to have an elastomeric composition having an elongation modulus of less than 20,000 psi, preferably less than 6000 psi, as measured according to ASTM D638-84 at 25 ° C.

본 발명의 필라멘트 16은 이들의 폭 및 두께의 횡 치수에 대하여 상당한 길이 치수를 갖는 신장된 체이다. 용어 섬유는 비제한적으로 모노필라멘트, 멀티필라멘트, 야안, 리본, 스트립 및 규칙적 또는 불규칙적인 단면적을 갖는 구조를 포함한다. 본 발명의 목적에 있어서 상기 섬유망 12는 단일-방향 테이프 및/또는 교차-플라이 구조를 형성하는데 유용한 어떠한 그룹의 섬유를 포함한다. 바람직한 섬유망 12는 고 배향된(oriented) 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 고 배향된 초-고분자량 폴리프로필렌 섬유, 아라미드 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 폴리벤즈옥사졸(PBZO) 섬유, 폴리벤조티아졸(PBZT) 섬유, 유리섬유, 세라믹 섬유 또는 이들의 조합을 포함한다. 초-고분자량 폴리에틸렌은 일반적으로 약 500,000 또는 그 이상, 보다 바람직하게 약 1백만 또는 그 이상 그리고 가장 바람직하게는 약 2백만에서 최고 약 5백만의 양의 분자량을 포함하는 것으로 이해된다. Instron 신장 시험 기계에 의한 측정한 상기 섬유의 신장모듈러스는 일반적으로 최소 약 300g/denier, 바람직하게 최소 약 1,000g/denier 그리고 가장 바람직하게는 최소 약 1,500g/denier이다. 상기 섬유의 인성은 일반적으로 최소 15g/denier, 보다 바람직하게 최소 약 25g/denier, 보다 더 바람직하게는 30g/denier 그리고 가장 바람직하게는 최소 약 35g/denier이다. 초-고분자량 폴리프로필렌의 평균 분자량은 약 750,000 또는 그 이상, 보다 바람직하게 약 1백만 또는 그 이상 그리고 가장 바람직하게는 약 2백만이상이다. 폴리프로필렌이 폴리에틸렌보다 상당히 덜 결정성이며 펜던트 메틸기를 함유함으로 폴리프로필렌으로 이룰 수 있는 인성(tenacity) 값은 일반적으로 폴리에틸렌에 상응하는 값보다 실질적으로 낮다. 폴리프로필렌에 대한 적절한 인성은 최소 약 8g/denier, 바람직하게는 최소 11g/denier범위일 수 있다. 폴리프로필렌에 대한 신장모듈러스는 최소 약 160g/denier, 바람직하게 최소 약 200g/denier이다. 폴리프로필렌에 대한 융점은 일반적으로 배향 공정(orientation process)에 의해 폴리프로필렌 섬유가 바람직하게 최소 약 168℃, 보다 바람직하게는 최소 약 170℃의 주 융점을 갖는 것과 같이 디소 상승된다.The filaments 16 of the present invention are elongated sieves with significant length dimensions relative to their width and thickness transverse dimensions. The term fiber includes, but is not limited to, monofilaments, multifilaments, yarns, ribbons, strips, and structures with regular or irregular cross-sectional areas. For the purposes of the present invention the fiber network 12 comprises any group of fibers useful for forming uni-directional tapes and / or cross-ply structures. Preferred fibrous network 12 includes highly oriented ultra high molecular weight polyethylene fibers, high oriented ultra high molecular weight polypropylene fibers, aramid fibers, polyvinyl alcohol fibers, polyacrylonitrile fibers, polybenzoxazole (PBZO) fibers, Polybenzothiazole (PBZT) fibers, glass fibers, ceramic fibers or combinations thereof. Ultra-high molecular weight polyethylene is generally understood to include molecular weights in amounts of about 500,000 or more, more preferably about 1 million or more and most preferably from about 2 million up to about 5 million. The elongation modulus of the fibers measured by an Instron elongation test machine is generally at least about 300 g / denier, preferably at least about 1,000 g / denier and most preferably at least about 1500 g / denier. The toughness of the fibers is generally at least 15 g / denier, more preferably at least about 25 g / denier, even more preferably 30 g / denier and most preferably at least about 35 g / denier. The average molecular weight of the ultra-high molecular weight polypropylene is about 750,000 or more, more preferably about 1 million or more and most preferably about 2 million or more. Because polypropylene is significantly less crystalline than polyethylene and contains pendant methyl groups, the tenacity value that can be achieved with polypropylene is generally substantially lower than that corresponding to polyethylene. Suitable toughness for the polypropylene may range from at least about 8 g / denier, preferably at least 11 g / denier. The elongation modulus for polypropylene is at least about 160 g / denier, preferably at least about 200 g / denier. The melting point for polypropylene is generally raised by the orientation process such that the polypropylene fibers preferably have a main melting point of at least about 168 ° C, more preferably at least about 170 ° C.

아라미드 섬유는 기본적으로 방향성 폴리아미드로 부터 형성된다. 최소 약 400g/denier의 신장모듈러스 및 최소 약 18g/denier의 인성을 갖는 방향족 폴리아미드 섬유가 본 발명의 복합체로 편입되기에 유용하다. 예를 들어 아라미드 섬유는 DuPont Corporatio(Wilmington, Delaweare)에서 상품명 Kevlar

Figure 112001020798999-pct00002
29, Kevlar
Figure 112001020798999-pct00003
49 및 Kevlar
Figure 112001020798999-pct00004
129로 제조되는, 폴리(-페닐렌디아민 테레프탈아미드) 섬유를 포함한다.Aramid fibers are basically formed from aromatic polyamides. Aromatic polyamide fibers having at least about 400 g / denier elongation modulus and at least about 18 g / denier toughness are useful for incorporation into the composites of the present invention. For example, aramid fibers are sold under the trade name Kevlar from DuPont Corporatio (Wilmington, Delaweare).
Figure 112001020798999-pct00002
29, Kevlar
Figure 112001020798999-pct00003
49 and Kevlar
Figure 112001020798999-pct00004
Poly (-phenylenediamine terephthalamide) fibers, made from 129.

폴리비닐 알코올(PV-OH) 섬유는 최소 약 100,000, 바람직하게 최소 200,000,보다 바람직하게 약 5,000,000-4,000,000 그리고 가장 바람직하게는 약 1,500,000-2,500,000의 중량평균 분자량인 것이 유용하다. 이용가능한 PV-OH 섬유는 최소 약 60g/denier,바람직하게 최소 약 200g/denier, 보다 바람직하게는 최소 약 300g/denier의 신장모듈러스 그리고 최소 약 7g/denier, 보다 바람직하게 최소 약 10g/dinier, 보다 바람직하게는 최소 약 14g/denier 그리고 가장 바람직하게는 최소 약 17g/denier의 인성을 가져야한다. 중량평균분자량이 최소 약 500,000, 인성은 최소 약 200g/denier 그리고 모듈러스가 최소 약 10g/denier인 PV-OH 섬유가 특히 탄도 저항성 복합체 제조에 유용하다. 이와 같은 특성을 갖는 PV-OH 섬유는 예를 들어 미국 특허 제 4,559,267(Kwon 등)에 개시된 공정으로 제조될 수 있다. It is useful that the polyvinyl alcohol (PV-OH) fibers have a weight average molecular weight of at least about 100,000, preferably at least 200,000, more preferably about 5,000,000-4,000,000 and most preferably about 1,500,000-2,500,000. The PV-OH fibers available are at least about 60 g / denier, preferably at least about 200 g / denier, more preferably at least about 300 g / denier elongation modulus and at least about 7 g / denier, more preferably at least about 10 g / dinier, more It should preferably have a toughness of at least about 14 g / denier and most preferably at least about 17 g / denier. PV-OH fibers having a weight average molecular weight of at least about 500,000, toughness of at least about 200 g / denier and modulus of at least about 10 g / denier are particularly useful for the production of ballistic resistant composites. PV-OH fibers having such properties can be produced, for example, by the process disclosed in US Pat. No. 4,559,267 to Kwon et al.

폴리벤즈옥사졸(PBZO) 및 폴리벤조티아졸(PBZT)의 필라멘트에 대한 상세한 설명은 "The Handbook of Fiber Science and Technology: Volume II, High Techonology Fibers."(Menachem Lewin)의 D 파트에 기재되어 있다.Details of the filaments of polybenzoxazole (PBZO) and polybenzothiazole (PBZT) are described in Part D of "The Handbook of Fiber Science and Technology: Volume II, High Techonology Fibers." (Menachem Lewin). .

분자량이 최소 약 400,000 그리고 바람직하게는 최소 1,000,000인 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유가 또한 사용될 수 있다. 강성도가 최소 약 10g/denier 그리고 파괴에너지가 최소 약 22joule/g인 PAN 섬유가 특히 유용하다. 분자량이 최소 약 400,000, 강성도가 최소 약 15-20g/denier 그리고 파괴에너지가 최소 약 22joule/g인 PAN 섬유가 탄도 저항성 물품 제조에 가장 유용하며, 이와 같은 섬유는 예를 들어 미국 특허 제 4,535,027에 개시되어 있다.Polyacrylonitrile (PAN) fibers having a molecular weight of at least about 400,000 and preferably at least 1,000,000 may also be used. Particularly useful are PAN fibers having a stiffness of at least about 10 g / denier and a breakdown energy of at least about 22 joule / g. PAN fibers having a molecular weight of at least about 400,000, a stiffness of at least about 15-20 g / denier and a breakdown energy of at least about 22 joule / g are most useful for producing ballistic resistant articles, such fibers are disclosed, for example, in US Pat. No. 4,535,027. It is.

본 발명의 목적으로, 섬유층은 섬유 단독 또는 매트릭스를 갖는 섬유로된 최소 하나의 섬유망을 포함한다. 섬유는 하나 또는 그 이상의 필라멘트 16을 포함한다. 섬유는 폭 및 두께의 횡단 치수보다 상당히 큰 길이 치수를 갖는 신장체를 말한다. 따라서, 용어 섬유는 모노필라멘트, 멀티필라멘트, 리본, 스트립, 스테이플 및 잘게 자른(chopped), 절단된 또는 불연속성 섬유로된 다른 형태 및 규칙적 또는 뷸규칙적 횡단면을 갖는 것 등을 포함한다. 용어 섬유는 다수의 상기 어느 하나 또는 그 조합을 포함한다.For the purposes of the present invention, the fibrous layer comprises at least one fibrous network of fibers alone or of fibers having a matrix. The fiber comprises one or more filaments 16. Fiber refers to an elongate body having a length dimension that is significantly greater than the transverse dimension of the width and thickness. Thus, the term fiber includes monofilaments, multifilaments, ribbons, strips, staples and other forms of chopped, cut or discontinuous fibers and those having regular or irregular regular cross sections, and the like. The term fiber includes a plurality of any one or a combination thereof.

본 발명에 사용되는 피라멘트의 횡단면은 매우 다양할 수 있다. 이들은 횡단면이 원형, 평판(flat) 또는 장방형(oblong)일 수 있다. 이들은 또한 상기 섬유의 선형 축 또는 세로축으로 부터 돌출되는 하나 또는 그 이상의 규칙적인 또는 불규칙적인 로브를 갖는 불규칙적 또는 규칙적인 다중로브 횡단면일 수 있다. 상기 필라멘트는 실질적으로 원형, 평면형 또는 장방형 횡단면인 것이 특히 바람직하며 가장 바람직하게는 원형 단면인 것이 좋다.The cross section of the filament used in the present invention can vary widely. They may be circular, flat or oblong in cross section. They may also be irregular or regular multi-lobe cross sections with one or more regular or irregular lobes projecting from the linear or longitudinal axis of the fiber. The filament is particularly preferably substantially circular, planar or rectangular in cross section and most preferably in circular cross section.

상기 섬유는 여러가지 형태를 갖는 섬유망으로 배열될 수 있다. 섬유망이란 예비결정된 형태로 배열된 섬유의 망상구조 또는 다수의 섬유를 의미하거나 또는 예비결정된 형태로 배열되는 연신(twisted) 혹은 비연신(untwisted) 야안을 형성하기위해 함께 그룹된 다수의 섬유를 의미한다. 예를 들어, 상기 섬유 또는 야안은 평행하게 배열되거나 층으로 배열되거나 또는 어떠한 여러가지 통상 기술에 의해 직물로 형성된 펠트(felt), 혹은 다른 부직물, 편직 혹은 직물(플레인, 바스켓, 새틴 및 크로우 피트 직 등)로 형성될 수 있다. 이러한 기술들 중에서, 탄도 저항성 적용으로인해, 본 발명자들은 상기 섬유가 평평하게되어 본질적으로 각 필라멘트가 단일층을 형성하는 배열을 사용하는 것을 선호한다. 내절단성 또는 슬래쉬 저항성 적용을 위해서는 다른 섬유 배열 형태가 사용될 수 있다. 특히 바람직한 망상구조형태에 의하면, 상기 섬유는 통상의 섬유 방향을 따라 실질적으로 서로 평행하도록단일방향으로 배열된다. 연속적 길이의 섬유가 가장 바람직하나, 배향되고 약 3-12인치(약 7.6-30.4cm)의 길이를 갖는 섬유 또한 수용가능하며 본 발명의 목적에서 "실질적으로 연속적"인 것으로 간주된다.The fibers may be arranged in a fiber network having various shapes. A fibrous network means a network of fibers arranged in a predetermined form or a plurality of fibers or a plurality of fibers grouped together to form twisted or untwisted yarns arranged in a predetermined form. do. For example, the fibers or yarns may be arranged in parallel, layered, or felt formed of a fabric by any of a variety of conventional techniques, or other nonwovens, knits, or fabrics (planes, baskets, satin and crow pits). Etc.). Among these techniques, due to ballistic resistant applications, we prefer to use an arrangement in which the fibers are flattened so that essentially each filament forms a single layer. Other fiber arrangements can be used for cut or slash resistant applications. According to a particularly preferred network configuration, the fibers are arranged in a single direction such that they are substantially parallel to each other along the usual fiber direction. Fibers of continuous length are most preferred, but fibers oriented and having a length of about 3-12 inches (about 7.6-30.4 cm) are also acceptable and are considered "substantially continuous" for the purposes of the present invention.

열경화성 수지 및 열가소성 수지 입자 모두, 단독 또는 혼합으로 본 발명에 사용될 수 있다. 바람직한 열경화성 수지로는 에폭시, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리이미드, 페놀 및 폴리우레탄을 포함한다. 바람직한 열가소성 수지로는 나일론, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아릴 에테르 및 폴리에틸렌 및 에틸렌 공중합체를 포함한다. 열가소성 중합체는 열경화성 물질에 비하여 향상된 내환경성, 파열강도 및 충격 강도를 갖는다. 열가소성 도메인 매트릭스를 갖는 프리프레그는 저장기간이 길어지고 저장과 관련하여 우려되는 환경에 대한 저항성을 갖는다. 열가소성 중합체의 고점성은 상기 중합 물질의 섬유망 12내로의 불연속적 적용에 영향을 주지 않는다. 현저히 증가된 양에서도 본 발명의 열가소성 프리프레그는 유연한 구조이다. 열경화성 도메인 매트릭스 14를 함유하는 프리프레그는 반응전에 비교적 유연하고 점성을 갖는다.Both thermosetting resin and thermoplastic resin particles can be used in the present invention, alone or in combination. Preferred thermosetting resins include epoxies, polyesters, acrylics, polyimides, phenols and polyurethanes. Preferred thermoplastics include nylon, polypropylene, polyesters, polycarbonates, acrylics, polyimides, polyetherimides, polyaryl ethers and polyethylene and ethylene copolymers. Thermoplastic polymers have improved environmental resistance, burst strength and impact strength compared to thermoset materials. Prepregs with thermoplastic domain matrices have a long shelf life and are resistant to environmental concerns with regard to storage. The high viscosity of the thermoplastic polymer does not affect the discontinuous application of the polymeric material into the fiber network 12. Even at significantly increased amounts, the thermoplastic prepregs of the present invention are flexible structures. Prepregs containing thermosetting domain matrix 14 are relatively flexible and viscous prior to reaction.

상기 도메인 매트릭스는 중합 분말, 중합 용액, 중합 에멀션, 잘게 자른 필 라멘트, 열경화성 수지 시스템 및 이들의 조합으로 부터 선택된 중합 물질을 포함할 수 있다. 이러한 중합 물질의 적용은 분무, 소적, 에멀션 등에 의해 이루어질 수 있다. 잘게 자른 필라멘트가 사용되는 경우, 열 및/또는 압력이 유니-테이프 및/또는 다층 패널을 합체하는데 사용될 수 있으며 상기 잘게 자른 필라멘트는 상기 유니-테이프의 필라멘트 16의 융점보다 낮은 온도에서 용융되어야 한다. 유연성 구조는 예를 들어, Kraton

Figure 112001020798999-pct00005
D1650 분말, 또는 LDPE(저 밀도 폴리에틸렌) 또는 LLDPE(선형 저 밀도 폴리에틸렌)의 분말을 갖는 Kraton
Figure 112001020798999-pct00006
D1650 분말과 215 denier Spectra
Figure 112001020798999-pct00007
1000 섬유로된 섬유망 12을 함께 사용하여 120℃에서 성형하여 제조될 수 있다. 이러한 이유로, 통상적으로 상업용 단일 성분으로 사용되는 폴리에틸렌 필름에 대한 필요성이 제거될 수 있다.The domain matrix may comprise a polymeric material selected from polymeric powders, polymeric solutions, polymeric emulsions, chopped filaments, thermosetting resin systems, and combinations thereof. Application of such polymeric materials can be by spraying, droplets, emulsions and the like. If chopped filaments are used, heat and / or pressure may be used to coalesce the uni-tape and / or multilayer panel and the chopped filaments should be melted at a temperature lower than the melting point of filament 16 of the uni-tape. The flexible structure is for example Kraton
Figure 112001020798999-pct00005
Kraton with D1650 powder, or powder of LDPE (low density polyethylene) or LLDPE (linear low density polyethylene)
Figure 112001020798999-pct00006
D1650 powder and 215 denier Spectra
Figure 112001020798999-pct00007
It can be produced by molding at 120 ° C using a fiber net 12 of 1000 fibers together. For this reason, the need for polyethylene films that are typically used as commercial single components can be eliminated.

만일 원하는 경우 예비성형되는 상기 섬유는 상기한 바와 같이 망상구조로 배열되기전에 중합 물질(바람직하게 탄성중합체)로 예비코팅될 수 있다. 또한 매트릭스로서 사용될 수 있는 상기 탄성중합 물질은 약 23℃에서 측정시 약 20,000psi미만, 바람직하게 6,000psi(41,400kPa)미만 인장모듈러스을 갖는다. 바람직하게, 보다 바람직한 보다 향상된 성능을 상기 탄성중합 물질의 인장모듈러스(tensile modulus)는 약 5,000psi(34,500kPa)미만이며, 가장 바람직하게는 약 2,500psi(17,250kPa)미만이다. 상기 탄성중합 물질(유연하고 탄성인 물질에 갑작스런 적가에 의해 입증됨)인 탄성중합체의 유리전이온도(Tg)는 약 25℃미만 또는 약 0℃미만을 포함하는 필드 또는 작업 조건하에서 유연성을 유지한다. 상기 탄성중합 체의 Tg는 필요에 따라 약 -40℃미만, 또는 약 -50℃미만의 범위일 수 있다. 상기 탄성중합체는 최소 약 50%의 파괴 신장성을 갖는다. 바람직하게, 상기 파괴 신장성은 최소 약 100%이며 보다 바람직하게는 약 150%이다.If desired, the preformed fibers may be precoated with a polymeric material (preferably elastomer) before being arranged in a network as described above. The elastomeric material, which can also be used as a matrix, has a tensile modulus of less than about 20,000 psi, preferably less than 6,000 psi (41,400 kPa) as measured at about 23 ° C. Preferably, the more desirable improved performance is that the tensile modulus of the elastomeric material is less than about 5,000 psi (34,500 kPa), most preferably less than about 2,500 psi (17,250 kPa). The glass transition temperature (Tg) of the elastomer, which is the elastomeric material (as evidenced by the sudden dropwise addition to the flexible and elastic material), maintains flexibility under field or working conditions including less than about 25 ° C or less than about 0 ° C. . Tg of the elastomer may be in a range of less than about −40 ° C. or less than about −50 ° C. as necessary. The elastomer has a fracture elongation of at least about 50%. Preferably, the fracture extensibility is at least about 100% and more preferably about 150%.

도메인 매트릭스를 형성하기에 적합한 어떠한 탄성중합 물질이 본 발명에 사용될 수 있다. 상기 탄성중합 물질인 적절한 탄성중합체의 대표적인 예는 Encyclopedia of Polymer Science, Volume 5, "Elastomers-Synthetic"(John Wiley and Sons Inc., 1964)에 요약되어 있는 구조, 특성 및 교차-결합 공정에 의한 배합물을 갖는다. 예를 들어, 하기 물질 중 어느 하나가 사용될 수 있다: 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 천연고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌프로필렌-디엔 삼중합체, 폴리술파이드 중합체, 폴리우레탄 탄성중합체, 클로로술포네이티드 폴리에틸렌, 폴리클로로프렌, 디옥틸 프탈레이트 또는 이 분야에 잘 알려진 다른 가소제를 이용하여 가소화된 폴리비닐클로라이드, 부타디엔 아크릴로니트릴 탄성중합체, 폴리(이소부틸렌-코-이소프렌), 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 플루오로탄성중합체, 실리콘 탄성중합체, 열가소성 탄성중합체, 에틸렌의 공중합체. 특히 유용한 탄성중합체는 컨쥬게이션된 디엔과 비닐 방향족 단량체의 블록 공중합체이다. 부타디엔과 이소프로프렌이 바람직한 컨쥬게이션된 디엔 탄성중합체이다. 스티렌, 비닐 톨루엔 및 t-부틸 스티렌이 바람직한 컨쥬게인션된 방향족 단량체이다. 폴리이소프렌이 편입된 블록 공중합체가 수화되어 포화 탄화수소 탄성중합체 단편을 갖는 열가소성 탄성중합체를 제조할 수 있다. 상기 중합체들은 타입 A-B-A의 단순한 트리-블록 공중합체, 타입(AB)n(n=2-10)의 다중-블록 공중합체 또는 타 입 R-(BA)x(x=3-150)의 방사상 형태의 공중합체일 수 있으며, 여기서 A는 폴리비닐 방향족 단량체의 블록이며 B는 컨쥬게이션된 디엔 탄성중합체의 블록이다. 이러한 많은 중합체들은 Shell Chemical Co에 의해 상업적으로 제조되며 "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81에 기재되어 있다.Any elastomeric material suitable for forming the domain matrix can be used in the present invention. Representative examples of suitable elastomers which are such elastomeric materials are formulations by structures, properties, and cross-linking processes summarized in Encyclopedia of Polymer Science, Volume 5, "Elastomers-Synthetic" (John Wiley and Sons Inc., 1964). Has For example, any of the following materials may be used: polybutadiene, polyisoprene, natural rubber, ethylene-propylene copolymers, ethylenepropylene-diene terpolymers, polysulfide polymers, polyurethane elastomers, chlorosulfonated Polyvinylchloride, butadiene acrylonitrile elastomer, poly (isobutylene-co-isoprene), polyacrylate, polyester, plasticized using polyethylene, polychloroprene, dioctyl phthalate or other plasticizers well known in the art , Polyethers, fluoroelastomers, silicone elastomers, thermoplastic elastomers, copolymers of ethylene. Particularly useful elastomers are block copolymers of conjugated dienes and vinyl aromatic monomers. Butadiene and isoproprene are preferred conjugated diene elastomers. Styrene, vinyl toluene and t-butyl styrene are preferred conjugated aromatic monomers. Block copolymers incorporating polyisoprene can be hydrated to produce thermoplastic elastomers having saturated hydrocarbon elastomer fragments. The polymers are simple tri-block copolymers of type ABA, multi-block copolymers of type (AB) n (n = 2-10) or radial forms of type R- (BA) x (x = 3-150). May be a copolymer of wherein A is a block of polyvinyl aromatic monomer and B is a block of conjugated diene elastomer. Many such polymers are commercially produced by Shell Chemical Co and described in "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81.

가장 바람직하게, 상기 탄성중합 물질은 하나 또는 그 이상의 상기 탄성중합체를 포함한다. 낮은 모듈러스의 탄성중합 물질은 또한 카본 블랙, 실리카, 유리 마이크로-볼룬 등과 같은 충진제를 탄성중합체의 약 300중량%를 초과하지않는 양으로, 바람직하게 약 100중량%를 초과하지않는 양으로 포함할 수 있으며 그리고 황, 과산화물, 금속 산화물 또는 고무 기술 분야에서 숙련된 자에게 잘 알려진 방법을 사용하는 조사 경화 시스템을 이용하여 신장될 수 있다. 다른 탄성중합 물질의 혼합물이 함께 사용되거나 또는 하나 또는 그 이상의 탄성중합 물질이 하나 또는 그 이상의 열가소성 수지와 혼합될 수 있다. 적절한 특성의 물질을 단독으로 또는 복합적으로 획득하기위해 고밀도, 저밀도 및 선형 저밀도 폴리에틸렌이 사용되어 교차결합될 수 있다.Most preferably, the elastomeric material comprises one or more of the elastomers. Low modulus elastomeric materials may also include fillers such as carbon black, silica, glass micro-balloons, etc. in an amount of no greater than about 300 weight percent of the elastomer, preferably in an amount of no greater than about 100 weight percent. And can be stretched using a radiation curing system using methods well known to those skilled in the art of sulfur, peroxides, metal oxides or rubber. Mixtures of different elastomeric materials may be used together or one or more elastomeric materials may be mixed with one or more thermoplastics. High density, low density and linear low density polyethylene can be used to crosslink to obtain materials of suitable properties alone or in combination.

상기 섬유 또는 직물에 대한 중합 물질의 비율(체적%)은 강도, 형태, 내열성, 내마모성, 내가연성 및 원하는 다른 특성에 따라 달라진다. 이러한 특성에 영향을 주는 다른 요인은 상기 도메인 매트릭스의 공간 밀도, 상기 섬유망내의 공극 퍼센트, 상기 매트릭스 아일랜드의 균일성 및 상기 중합체 물질 및 섬유의 배치, 크기, 형태, 위치 및 조성물과 관련된 다른 가변요인들을 포함한다.The proportion (vol%) of polymeric material to the fiber or fabric depends on the strength, shape, heat resistance, wear resistance, flame retardancy and other desired properties. Other factors affecting these properties include the spatial density of the domain matrix, the percent voids in the fiber network, the uniformity of the matrix islands and other variables related to the placement, size, shape, location and composition of the polymeric material and fibers. Include them.

본 발명의 복합체를 제조하는 특정한 바람직한 방법을 도 7에 나타내었다. 이는 섬유가 단일방향으로 배향된 섬유망을 포함하는 복합체를 제조하는 방법이다. 필라멘트 16은 폴리에틸렌 필름 102상에 롤되어 섬유망 12를 형성한다. 도메인 매트릭스 14를 형성하는 탄성중합체, 열가소성 탄성중합체 또는 열가소성 수지 전구체는 상기 섬유망 12상에 분무된다. 분무된 다음, 도메인 매트릭스 14 전구체를 갖는 섬유망 12는 섬유망 12와 도메인 매트릭스 14 전구체 사이의 결합을 제공하도록 오븐 50에 공급된다. 냉각후, 단일-방향 테이프 52가 형성된다. 중합 용액이 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 열경화성 수지 및 단량체가 상기 섬유망 12상에 분무되고 후속적으로 반응될 수 있다. 200미크롱미만의 좁은 폭을 갖는 연속적 길이로 스크린하기위해 일련의 평행한 와이어를 사용하는 것과 같이 마스크 또는 주형을 사용하여 상기 도메인 매트릭스 14의 패턴을 조절할 수 있다.A particular preferred method of making the composite of the present invention is shown in FIG. This is a method of making a composite comprising a fiber network in which the fibers are unidirectionally oriented. Filament 16 is rolled onto polyethylene film 102 to form fibrous network 12. Elastomers, thermoplastic elastomers or thermoplastic precursors forming domain matrix 14 are sprayed onto the fibrous network 12. After being sprayed, fiber 12 with domain matrix 14 precursor is fed to oven 50 to provide a bond between fiber 12 and domain matrix 14 precursor. After cooling, a single-directional tape 52 is formed. Polymerization solutions can be used in a similar manner. Thermosetting resins and monomers can be sprayed onto the fiber 12 and subsequently reacted. The pattern of the domain matrix 14 can be adjusted using a mask or mold, such as using a series of parallel wires to screen a continuous length with a narrow width of less than 200 microns.

또한, 미국 특허 제 5,316,820 및 5,362,527에 개시된 바와 같이, 3 세트의 평행한 시임(seams)을 사용하여 유연한 구조 형성에 기하학이 사용될 수 있다. 그러나, 어떠한 방법이 어떠한 섬유망과 함께 사용될 수 있다.In addition, geometry can be used to form a flexible structure using three sets of parallel seams, as disclosed in US Pat. Nos. 5,316,820 and 5,362,527. However, any method can be used with any fibrous network.

한편, 중합 라텍스가 섬유망 12상에 적용되고 후속적으로 열 및/또는 압력으로 섬유망 12에 결합할 수 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이 섬유망 12는 라텍스 208의 컨테이너 202로 부터 공급되는 압력롤 200과 접촉될 수 있다. 섬유망 12는 압력롤 200사이의 닙을 통과한다. 압력롤 200은 컨테이너 202내에 담궈지고 라텍스 208은 압력롤 200에 있는 연속 라인 204 또는 스폿 206과 같은 패턴에 점착된다. 단일-방향 테이프가 압력롤 200의 라텍스 208 코팅된 패턴과 접촉됨에 따라, 상기 중합체는 섬유망 12상에 운반되어 매트릭스 아일랜드 18을 형성한다. 부착된 매트 릭스 아일랜드 18을 갖는 섬유망 12는 그 다음 원하는 경우 가열될 수 있다.On the other hand, polymeric latex can be applied onto the fiber network 12 and subsequently bonded to the fiber network 12 with heat and / or pressure. As shown in FIG. 8, the fiber network 12 may be in contact with the pressure roll 200 supplied from the container 202 of the latex 208. Fiber 12 passes through the nip between 200 pressure rolls. The pressure roll 200 is immersed in the container 202 and the latex 208 adheres to the same pattern as the continuous line 204 or spot 206 in the pressure roll 200. As the uni-directional tape is in contact with the latex 208 coated pattern of the pressure roll 200, the polymer is transported onto the fiber network 12 to form matrix island 18. Fiber net 12 with attached matrix island 18 can then be heated if desired.

한정된 양의 중합체가 섬유망 12내에 수집된다. 그 양은 중합체가 없는 지역이 이로부터 형성된 프리프레그 또는 테이프 및 이들의 최종 산물내에 형성되도록 한다. 일반적으로 상기 중합체의 양은 섬유망 12의 필라멘트 16 표면적의 약 50% 또는 미만, 바람직하게는 약 20% 또는 미만, 보다 바람직하게 약 20-2%, 보다 더 바람직하게 약 15-5% 그리고 가장 바람직하게 약 10-5%범위이다.A finite amount of polymer is collected in fiber 12. The amount allows the regions free of polymer to form in the prepregs or tapes formed therefrom and their final products. Generally the amount of the polymer is about 50% or less, preferably about 20% or less, more preferably about 20-2%, even more preferably about 15-5% and most preferred of the filament 16 surface area of the fiber 12 About 10-5%.

상기 매트릭스 조성물의 불연속 분포는 다른 수단으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 본 발명은 중합체로된 최소 하나의 비-연속적 층의 중합체로 섬유망의 스폿 라미네이팅함을 포함한다. 이는 불연속적인 형태로 제1층상에 중합체를 공급함으로써 또는 예비코팅하거나 혹은 중합체가 없는 부분과 중합체를 갖는 지역, 즉 구멍이 있는 패턴층을 사용함으로써 적용될 수 있다. 상기 불연속적 중합층은 열과 압력하에 상기 섬유망을 사용하여 라미네이팅될 수 있으며 그 결과 상기 섬유망내에 불연속 도메인 매트릭스가 형성된다. 이는 불연속 매트릭스 아일랜드가 이들 사이의 공극을 갖도록 형성되도록 같이 상기 도메인 매트릭스에 의해 상기 섬유망이 위치적으로 고정되게 한다. 상기 복합체는 고체적 퍼센트 섬유에도 불구하고 상기 섬유망의 일체성을 유지할 수 있도록 충분히 분배된 수지 (매트릭스)를 2체적%정도로 적게 포함할 수 있으며 또는 상기 섬유망의 필라멘트사이에 공극을 형성하기에 충분히 분포된 수지를 50체적%정도로 많이 포함할 수 있다.The discontinuous distribution of the matrix composition can be made by other means. For example, the present invention includes spot laminating a fibrous network with a polymer of at least one non-continuous layer of polymer. This may be applied by feeding the polymer on the first layer in a discontinuous form or by precoating or by using a region without polymer and the region with the polymer, i. The discontinuous polymer layer can be laminated using the fiber network under heat and pressure, resulting in a discrete domain matrix in the fiber network. This allows the fiber mesh to be held in position by the domain matrix such that discrete matrix islands are formed with voids therebetween. The composite may contain as little as 2% by volume of resin (matrix), which is sufficiently distributed so as to maintain the integrity of the fiber network despite solid percent fibers, or to form voids between the filaments of the fiber network. A sufficiently distributed resin may contain as much as about 50% by volume.

상기 매트릭스는 액체, 점성 고체 또는 부유물내 입자 또는 유동상 베드와 같은 여러가지 방식으로 상기 섬유망에 적용될 수 있다. 또한, 상기 매트릭스는 상 기 섬유망의 특성에 악 영향을 주지않는 적절한 용매중의 용액 또는 에멀션으로 적용될 수 있다. 상기 매트릭스의 적절한 적용은 이 분야에 숙련된 자에 의해 결정될 수 있는 특정 상황에서의 적용 타입을 이용하는 인쇄, 분무, 슬러리, 및/또는 정전기적 방법에 의한 인쇄, 및/또는 다른 적절한 매트릭스 적용을 포함한다. 상기 매트릭스 중합체를 용해하거나 분산시킬 수 있는 어떠한 액체가 사용될 수 있는 한편, 바람직한 용매그룹으로는 물, 파라핀 오일, 케톤, 알코올, 방향족 용매 또는 파라핀 오일, 크실렌, 톨루엔 및 옥탄을 포함하는 탄화수소 용매를 포함한다. 상기 용매내에 상기 매트릭스 중합체를 용해하거나 분산하는데 사용되는 기술은 여러가지 기질상에 유사한 탄성중합 물질을 코팅하는데 통상적으로 사용되는 기술이다.The matrix may be applied to the fibrous network in various ways, such as particles in a liquid, viscous solid or suspension or fluid bed. The matrix can also be applied as a solution or emulsion in a suitable solvent that does not adversely affect the properties of the fiber network. Appropriate application of the matrix includes printing, spraying, slurry, and / or electrostatic printing, and / or other suitable matrix application using a type of application in a particular situation that can be determined by one skilled in the art. do. While any liquid capable of dissolving or dispersing the matrix polymer may be used, preferred solvent groups include hydrocarbon solvents including water, paraffin oil, ketones, alcohols, aromatic solvents or paraffin oils, xylenes, toluene and octane. do. Techniques used to dissolve or disperse the matrix polymer in the solvent are those commonly used to coat similar elastomeric materials on various substrates.

상기 중합체 (매트릭스)를 상기 섬유에 적용하는 다른 기술로는 고온 스트레칭 작업에, 상기 섬유로부터 용매를 제거전 또는 제거후에 고모듈러스 전구체 (겔 섬유)를 코팅하는 것을 포함할 수 있다. 그 다음 상기 섬유는 상승된 온도에서 스트레치되어 코팅된 섬유를 형성한다. 상기 겔 섬유는 원하는 코팅을 얻기위한 조건하에서 적절한 코팅 중합체 용액(용매는 파라핀 오일, 방향족 또는 지방족 용매일 수 있다)를 거쳐 통과될 수 있다. 상기 섬유망이 냉각 용액을 통과하기전에 상기 겔 섬유내에서 고분자 폴리에틸렌이 결정화되거나 혹은 결정화되지않을 수 있다.Another technique for applying the polymer (matrix) to the fiber may include coating a high modulus precursor (gel fiber) in a hot stretching operation, either before or after removing the solvent from the fiber. The fibers are then stretched at elevated temperatures to form coated fibers. The gel fibers can be passed through an appropriate coating polymer solution (solvent can be paraffin oil, aromatic or aliphatic solvent) under conditions to obtain the desired coating. The polymer polyethylene may or may not crystallize in the gel fibers before the fibrous network passes through the cooling solution.

이로부터 제조된 섬유 및 그물망은 복합체 물품제조에 전구체 또는 프리프레그로 사용되는 복합체 물질로 형성될 수 있다. 본 발명의 저면밀도 프리프레그는 우수한 탄도 보호성을 제공하는 합체 패널 제조에 사용될 수 있다. 상기 용어 복합체는 매트릭스 아일랜드 형태의 중합 물질과 섬유 또는 직물의 결합을 의미하며, 중합물질은 충진제, 윤활제 또는 상기 언급된 것들과 같은 다른 물질을 포함할 수 있다.The fibers and meshes produced therefrom may be formed from composite materials used as precursors or prepregs in the manufacture of composite articles. The low surface density prepreg of the present invention can be used to produce coalesced panels that provide good ballistic protection. The term composite refers to the combination of fibers or fabrics with polymeric materials in the form of matrix islands, which may include fillers, lubricants or other materials such as those mentioned above.

도메인 매트릭스 14를 고정하는 다른 방법은 이에 한정하는 것은 아니지만 고온 용융, 용액, 에멀션, 슬러리, 표면 중합, 섬유 혼합(commingling), 필름 삽입, 전기도금 및/또는 건조 분말 기술을 포함한다.Other methods of fixing domain matrix 14 include, but are not limited to, hot melt, solution, emulsion, slurry, surface polymerization, fiber commingling, film insertion, electroplating and / or dry powder techniques.

복합 물질은 여러가지 형태로 구성 및 배열될 수 있다. 상기 섬유의 기하학적 형태에 따라 이러한 복합체의 기하학적 형태를 특성화한 다음, 매트릭스 물질이 섬유의 그물망에 의한 남겨진 공극 공간의 일부 또는 전체를 차지할 수 있다는 것을 나타내는 것이 편리하다. 이와 같은 하나의 적절한 배열은 코팅된 섬유가 시이트-같은 배열로 배열되며 동일한 섬유 방향에 따라 서로 평행하게 배열되는 다수의 라미네이트층이다. 이와 같은 코팅된 단일방향 섬유의 연속 층은 이전 층에 대하여 회전될 수 있다. 이와 같은 라미네이트 구조의 예는 제 1 층에 대하여 +45°, -45°, 90°및 0°회전된 제 2 층, 제 3 층, 제 4 층 및 제 5 층을 갖는 복합체이며, 순서대로 정렬될 필요는 없다. 다른 예로는 예를 들어 0/90, +45/-45, +30/-60 등과 같이 서로에 대하여 90°회전된 다른 층을 갖는 복합체를 포함한다. 본 발명은 다수의 층을 갖는 복합체를 포함한다. 이들은 1-500, 바람직하게 2-100 그리고 보다 바람직하게는 2-75층일 수 있다.Composite materials can be constructed and arranged in various forms. It is convenient to characterize the geometry of such composites according to the geometry of the fibers and then indicate that the matrix material can occupy some or all of the void space left behind by the mesh of fibers. One such suitable arrangement is a plurality of laminate layers in which the coated fibers are arranged in a sheet-like arrangement and arranged parallel to one another along the same fiber direction. The continuous layer of such coated unidirectional fibers can be rotated relative to the previous layer. Examples of such laminate structures are composites having a second layer, a third layer, a fourth layer, and a fifth layer rotated + 45 °, -45 °, 90 °, and 0 ° relative to the first layer, arranged in order It doesn't have to be. Other examples include composites with other layers rotated 90 ° with respect to each other, for example 0/90, + 45 / -45, + 30 / -60 and the like. The present invention includes a composite having a plurality of layers. These may be 1-500, preferably 2-100 and more preferably 2-75 layers.

라미네이트를 형성하는 일반 기술은 코팅된 섬유를 원하는 그물망 구조로 배열한 다음 전체 구조를 합체하고 가열하여 상기 코팅 물질이 흘러 그 공극사이의 분획을 차지하도록하여 연속적인 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다. 다른 기술 은 코팅된 혹은 코팅되지않은 섬유가 상기 매트릭스 물질에 인접하게 혹은 예를 들어 필름과 같은 다양한 형태사이에 층 혹은 다른 구조로 배열한 후 전체구조를 합체하고 열경화하는 것이다. 상기 경우에, 상기 매트릭스는 완전히 용융되지않은채 점성이 있거나 흐름성을 갖을 수 있다. 일반적으로, 만일 상기 매트릭스 물질이 단지 점착점(sticking point)으로 가열되는 경우, 일반적으로 보다 높은 압력이 필요하다. 또한, 상기 복합체를 고정하고 최적 특성을 갖도록하기위한 압력 및 시간은 일반적으로 매트릭스 물질의 특성(화학적 조성 및 분자량) 및 공정 온도에 따라 달라진다. 본 발명의 목적에 대하여, 실질적인 공극(매트릭스-프리) 체적은 유지되어야 한다.A common technique for forming laminates includes arranging the coated fibers into a desired mesh structure and then coalescing and heating the entire structure to allow the coating material to flow and occupy a fraction between the pores to form a continuous matrix. Another technique is to coalesce and thermoset the entire structure after the coated or uncoated fibers are arranged adjacent to the matrix material or in layers or other structures between various forms such as, for example, films. In such a case, the matrix may be viscous or flowable without completely melting. In general, if the matrix material is only heated to a sticking point, higher pressures are generally required. In addition, the pressure and time to fix the composite and to have optimal properties generally depends on the nature (chemical composition and molecular weight) and process temperature of the matrix material. For the purposes of the present invention, substantial void (matrix-free) volume should be maintained.

본 발명의 복합체 10을 함유하는 다중 테이프는 서로 결합될 수 있다. 미국 특허 제 5,061,545 및 5,093,158에는 각 층의 섬유가 단일방향 섬유인 2층 복합체의 여러가지 결합이 개시되어 있다. 인접층에서의 섬유들은 서로 45-90°로, 바람직하게는 서로 약 90°로 각을 이루는 것으로 개시되어 있다. 미국 특허 제 5,061,545 및 5,093,158에 이러한 것들이 개시되어 있으며 본 명세서에 참고문헌으로 편입된다.Multiple tapes containing the composite 10 of the present invention may be bonded to each other. US Pat. Nos. 5,061,545 and 5,093,158 disclose various combinations of two layer composites in which the fibers in each layer are unidirectional fibers. The fibers in adjacent layers are disclosed to be angled at 45-90 ° to each other, preferably at about 90 ° to each other. These are disclosed in US Pat. Nos. 5,061,545 and 5,093,158, which are incorporated herein by reference.

본 발명의 복합체의 섬유함량은 90-98체적%로 매우 높고 연속 중합 매트릭스를 갖는 복합체에 비하여 향상된 탄도 효과를 갖는다. 방탄 조끼, 헬멧 및 방탄복과 같은 탄도 충격을 막기위해 고안된 일반적으로 알려진 물품에 유용할 뿐만 아니라, 본 발명은 폭발 및/또는 약 7km/s정도로 큰 매우 빠른 속도의 충격에 대하여 특히 효과적이며 미세운석에 의한 탄도 충격이 일어날 수 있는 우주 환경에 유용하 다.The fiber content of the composite of the present invention is very high, 90-98% by volume, and has an improved ballistic effect compared to composites having a continuous polymerization matrix. Not only is it useful for commonly known articles designed to prevent ballistic impacts, such as bulletproof vests, helmets and body armor, the present invention is particularly effective against micro meteorites and explosions and / or very fast impacts as large as about 7 km / s. It is useful in space environments where ballistic impacts can occur.

실험 방법Experiment method

단계 A. 건조 섬유망의 제조Step A. Preparation of the Dry Fiber Network

필라멘트 와인더의 회전 드럼에 야안을 감았다. 상기 드럼은 감기전에 직경 30인치(76cm), 길이 48인치(122cm)이며 감기전에 클로로, 트리플루오로 에틸렌 및 에틸렌의 공중합체인 Halar

Figure 112001020798999-pct00008
필름(AlliedSignal Specialty Flm 제품, of Pottsville, Pennsylvania)으로 쌌다. 폭 2인치(5.08cm) 더블 스틱 테이프 스트립이 상기 드럼의 축에 평행하게 중심대 중심이, 10인치(25.4cm) 간격이 되도록 적용되었다. 야안을 상기 테이프의 상층부에 감았다. 모든 필라멘트가 제위치에 확실히 고정되도록 단일 스틱(코팅된) 마스킹 테이프가 상기 야안-커버된 더블 스틱 테이프상 적용되었다. 상기 야안-커버된 Halar
Figure 112001020798999-pct00009
필름은 상기 드럼으로부터 절단되고 각 테이프의 중심선을 따라 절개되었다. 그 결과물은 Halar
Figure 112001020798999-pct00010
필름으로 뒤를대고 있으며 한쪽 말단에 1인치(2.45cm) 폭 테이프로 고정된, 8인치(20.3cm) 길이의 평행한건조 야안 공급물이었다.The yarn was wound around the rotating drum of the filament winder. The drum had a diameter of 30 inches (76 cm) and a length of 48 inches (122 cm) before winding and Halar, a copolymer of chloro, trifluoro ethylene and ethylene before winding
Figure 112001020798999-pct00008
It was wrapped in a film (AlliedSignal Specialty Flm, of Pottsville, Pennsylvania). A strip of 2-inch (5.08 cm) wide double stick tape was applied so that the center of the core was spaced 10 inches (25.4 cm) parallel to the axis of the drum. The yarn was wound around the upper layer of the tape. A single stick (coated) masking tape was applied on the yarn-covered double stick tape so that all the filaments were secured in place. The Ya'an-covered Halar
Figure 112001020798999-pct00009
The film was cut from the drum and cut along the centerline of each tape. The result is Halar
Figure 112001020798999-pct00010
It was an 8 inch (20.3 cm) parallel dry eye feed, backed with film and secured with 1 inch (2.45 cm) wide tape at one end.

B. 실험용 차폐(shield) 패널의 제조B. Fabrication of Experimental Shield Panels

상기 단계 A의 8인치(20.3cm) 길이 섹션을 금속 시이트의 상층부에 배치하고 상기 야안을 바르게 고정하기위해 제자리에 테이프로 붙였다. 매트릭스 수지가 적용되고(상세한 설명은 실시예 참조) 두번째의 8인치(20.3cm) 섹션이 상기 첫번째 8 인치(20.3cm) 섹션상에 배치되고, 이것은 상층부에 Halar

Figure 112001020798999-pct00011
필름은 상기 섬유 방향에 대하여 90°회전되었다. 1/8인치(0.3175cm) 두께의 알루미늄 플레이트, 7.5인치×7.5인치(19cm×19cm)를 상기 야안상 중심에 놓고 그 어셈블리를 120℃, 3톤 수압 프레스에 10분간 방치하였다. 금속 플레이트는 상기 섬유망을 둘러싸는 테이프의 압반을 깨끗이하기위한 스페이서로서 작용하였다.An 8 inch (20.3 cm) long section of Step A was placed on top of the metal sheet and taped in place to properly secure the eye. A matrix resin is applied (see Examples for details) and a second 8 inch (20.3 cm) section is placed on the first 8 inch (20.3 cm) section, which is Halar at the top layer.
Figure 112001020798999-pct00011
The film was rotated 90 ° with respect to the fiber direction. A 1/8 inch (0.3175 cm) thick aluminum plate, 7.5 inch by 7.5 inch (19 cm by 19 cm), was placed in the center of the eye field and the assembly was left to stand in a 120 ton, 3 ton hydraulic press for 10 minutes. The metal plate acted as a spacer to clean the platen of the tape surrounding the fiber network.

C. 패널의 유연성 측정C. Measure the flexibility of the panel

방탄복으로서 본 발명의 패널은 통상적인 탄도 저항성 직물 구조와 비슷하거나 보다 큰 유연성을 가져야 한다. 유연성을 측정하는 간단한 시험은 평평한 표면에 정사각 패널을 배치하고 한쪽 면이 길이(l)로 모서리에 걸치도록 하는 것이다(패널 측면을 모서리에 평행). 평평한 표면에서 상기 패널의 지지되지않은 면에 대한 수직 거리(h)가 측정되고 (h/l)의 값을 계산한다. h/l이 1인 경우 상기 패널은 매우 유연한 것이며 h/l이 0인 경우 상기 패널은 매우 단단한 것이다. 대조군 직물의 유연성과 패널의 유연성과 비교하기위해, 퍼센트 유연성은 다음과 같이 계산된다:As body armor, the panel of the present invention should have similar or greater flexibility than conventional ballistic resistant fabric structures. A simple test to measure flexibility is to place a square panel on a flat surface and have one side edged by a length (l) (panel side parallel to the edge). The vertical distance h with respect to the unsupported side of the panel on a flat surface is measured and the value of (h / l) is calculated. The panel is very flexible when h / l is 1 and the panel is very rigid when h / l is zero. To compare the flexibility of the control fabric with the flexibility of the panel, the percent flexibility is calculated as follows:

100% ×(h/l)panel/(h/l)fabric = %유연성100% × (h / l) panel / (h / l) fabric =% flexibility

방탄복으로, 하기 실시예 10.10에 기술된 바와 같이 패널은 매트릭스가 없는 대조군 탄도 저항성 직물의 약 50-150%, 바람직하게 약 70-150% 그리고 보다 바람직하게 약 85-150%의 퍼센트 유연성을 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게 상기 h/l은 약 0.7 또는 그 이상, 보다 바람직하게는 약 0.85 또는 그 이상이다.With body armor, it is desirable that the panel has a percent flexibility of about 50-150%, preferably about 70-150% and more preferably about 85-150% of the matrix-free control ballistic resistant fabric as described in Example 10.10 below. desirable. Preferably the h / l is about 0.7 or more, more preferably about 0.85 or more.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

실시예 1Example 1

AlliedSignal Inc.(Peterburg, Virginia)에서 상업적으로 이용가능한 Spectra®1000(215 데니어, 1엔드당 60필라멘트) 섬유(fiber)(40 EPI(ends per inch) 그리고 명목상 면밀도(AD, areal density)는 0.00376gm/㎠)와 Shell Chemical Co.(Houston, Texas)에서 제조되는 과립형의, 타입 G1650 Kraton®고무 메트릭스 수지(입자는 #30, 600 마이크로미터 혹은 0.0234 인치 스크린에 통과됨)가 상기한 시험절차에 사용되었다. 상기 메트릭스 수지를 교차-플라이(cross-plying)하기 전에 하부 망상에 7.5wt%(총)로 뿌렸다. 성형후, 상기 매트릭스 수지가 상기 섬유 스트랜드내에서 필라멘트의 아일랜드 그리고 섬유 스트랜드들을 점 연결(spot connecting)하였다. 패널은 처음에는 페이퍼 같았으나, 크림핑(crimping) 및 플렉싱(flexing) 후, 직물과 같은 유연성을 갖는다. Spectra®1000 (215 denier, 60 filaments per end) fiber (40 EPI (ends per inch) and nominal density (AD) are 0.00376 gm commercially available from AlliedSignal Inc. (Peterburg, Virginia) / Cm2) and granular, type G1650 Kraton® rubber matrix resins (particles passed through # 30, 600 micrometers or 0.0234 inch screens) manufactured by Shell Chemical Co. (Houston, Texas). Was used. The matrix resin was sprinkled at 7.5 wt% (total) on the lower net before cross-plying. After molding, the matrix resin spot connected the islands and fiber strands of the filament in the fiber strands. The panel was initially paper-like, but after crimping and flexing, it was fabric-like.

실시예 2Example 2

매트릭스 수지를 15wt%로 하여 실시예 1을 반복하였다. 결과는 실시예 1과 같았으나, 패널이 보다 강건하고 디라미네이션에 대한 복원력(resilient)이 우수하였다.
Example 1 was repeated with 15 wt% of matrix resin. The results were the same as in Example 1, but the panel was more robust and the resilient to delamination was excellent.

실시예 3Example 3

매트릭스 수지를 20wt%로 하여 실시예 1을 반복하였으며, Raven Industries(Sioux City, South Dakota)에서 제조되는 0.00035 인치(0.000889㎝)두께의 부가되는 폴리에틸렌 필름 플라이(ply)를 섬유 망 양면의 바깥쪽에 위치시켰다(Halar®필름을 제거하고 방출된 페이퍼를 프레싱하기 전에 PE 필름상에 놓았다.). 패널은 유연성이 우수하고 강건한 구조를 갖는다. Example 1 was repeated with a matrix resin of 20 wt%, with an additional polyethylene film ply of 0.00035 inch (0.000889 cm) thickness manufactured by Raven Industries (Sioux City, South Dakota) located on both sides of the fiber mesh. (Halar® film was removed and placed on the PE film before the released paper was pressed). The panel is flexible and has a robust structure.

실시예 4Example 4

Spectra®1000/215/60 섬유(40 EPI(ends per inch) 및 명목상 면밀도(AD)는 0.00376gm/㎤)과 Pierce & Stevens(Buffalo, New York)에서 제조한 Kraton® D1107고무의 수성분산물인 Prinlin B7137X-1 매트릭스 수지를 상기 시험절차에 사용하였다. 섬유가 85중량%가 되도록 섬유망의 웹 양면에 Prinlin을 미세한 소적으로 분무하고 성형하기 전에 건조하였다. 패널은 처음에는 페이퍼 같았으나, 크림핑 및 플렉싱 후에 직물과 같은 유연성을 갖는다. Spectra® 1000/215/60 fiber (40 end per inch) and nominal surface density (AD) of 0.00376 gm / cm3 and Kraton® D1107 rubber manufactured by Pierce & Stevens (Buffalo, New York) Prinlin B7137X-1 matrix resin was used for the test procedure. Prinlin was sprayed into fine droplets on both sides of the web of the fibrous network so that the fibers were 85% by weight and dried before molding. The panel was initially paper-like, but with fabric-like flexibility after crimping and flexing.

실시예 5Example 5

Spectra®1000/215/60 섬유(40 EPI(ends per inch) 및 명목상 면밀도(AD)는 0.00376gm/㎤)그리고 물 3부(parts)와 Prinlin B7137X-1 1부로된 희석된 매트릭스 수지를 상기 시험절차에 사용하였다. 섬유가 95중량%가 되도록 섬유의 웹 양면에 Prinlin을 미세한 소적으로 분무하고 성형하기 전에 건조하였다. 패널은 처음에는 페이퍼 같았으나, 크림핑 및 플렉싱 후에 직물과 같은 유연성을 갖는다. 패널은 실시예 4의 패널에 비하여 강건하지 않았다. Spectra® 1000/215/60 fiber (40 EPI (ends per inch) and nominal surface density (AD) of 0.00376 gm / cm 3) and diluted matrix resin consisting of 3 parts of water and 1 part of Prinlin B7137X-1 were tested. Used in the procedure. Prinlin was sprayed onto the web's both sides of the fiber with fine droplets so that the fibers were 95% by weight and dried before molding. The panel was initially paper-like, but with fabric-like flexibility after crimping and flexing. The panel was not as robust as the panel of Example 4.

실시예 6Example 6

Spectra®1000/215/60 섬유(40 EPI(ends per inch) 및 명목상 면밀도(AD)는 0.00376gm/㎤)와 PFS Thermoplastic Powder Coatings Inc.(Big Spring, Texas)에서 제조된 120 micron/fines의 폴리에틸렌 로토-성형(roto-molding) 분말 S3DSBK 매트릭스 수지를 상기 시험절차에 사용하였다. 성형후 측정된 총 PE가 총 중량의 14wt%가 되도록, 흔들면서 교차-플라잉하기 전에 PE를 하부 섬유망상에 뿌렸다. 패널은 처음에는 페이퍼 같았으나, 조작함으로써 직물-같아졌다. 마찰이 적은 표면으로 제조되었다. 120 micron / fines polyethylene manufactured from Spectra® 1000/215/60 fibers (40 end per inch) and nominal surface density (AD) of 0.00376 gm / cm3 and PFS Thermoplastic Powder Coatings Inc. (Big Spring, Texas) Roto-molding powder S3DSBK matrix resin was used for this test procedure. PE was sprayed onto the lower fibrous mesh before shaking and cross-flying so that the total PE measured after molding was 14 wt% of the total weight. The panels were initially paper-like, but were fabric-like by manipulation. Made of low friction surface.

실시예 7Example 7

Spectra®1000/215/60 섬유(40 EPI(ends per inch) 및 명목상 면밀도(AD)는 0.00376gm/㎤)와 Raven Industries에서 제조된 두께 0.00035inch(0.000889㎝)의 단일 폴리에틸렌 필름을 두 섬유망 사이에 놓아 실시예 6에 대한 규준으로 사용하였다. 패널은 실시예 6의 패널에 비하여 유연성은 적으나, 유용하였다. Spectra® 1000/215/60 fibers (40 ends per inch and nominal surface density (AD) of 0.00376 gm / cm3) and a single polyethylene film 0.00035 inch (0.000889 cm) thick, manufactured by Raven Industries, between the two fibres Used as the reference for Example 6. The panel was less flexible than the panel of Example 6, but useful.

실시예 8Example 8

매트릭스 수지를 사용하지 않고 Spectra®1000/215/60 섬유(40 EPI(ends per inch) 및 명목상 면밀도(AD)는 0.00376gm/㎤)를 사용하였다. 성형 후, 패널은 페이퍼와 같은 질을 나타냈으며 조작시 분리되었다. Spectra®1000 / 215/60 fibers (40 ends per inch (EPI) and nominal surface density (AD) of 0.00376 gm / cm 3) were used without matrix resin. After molding, the panels showed paper-like quality and were separated during operation.

실시예 9Example 9

AlliedSignal Inc. 제품인 Spectra®1000/1300, 1엔드당 240 필라멘트(9.25EPI(ends per inch) 및 명목상 면밀도(AD)는 0.005266gm/㎤)에 Prinlin B7137X-1 매트릭스 수지를 분무하고 성형하기전에 건조하여 섬유가 78중량%가 되도록 상기 시험절차에 따라 가공하였다. 패널은 동등한 섬유 면밀도를 갖는 유사한 연속 섬유 매트릭스 제품에 비하여 매우 유연하였다. AlliedSignal Inc. Product Spectra®1000 / 1300, 240 filaments per end (9.25EPI (ends per inch) and nominal surface density (AD) of 0.005266 gm / cm3) were sprayed with Prinlin B7137X-1 matrix resin and dried prior to molding to allow fibers to It was processed according to the above test procedure to be in weight%. The panels were very flexible compared to similar continuous fiber matrix articles with equivalent fiber surface densities.

실시예 10Example 10

실시예 10.1-10.3: 두 열가소성 탄성중합체(Kraton®G1652 및 1657)의 2:1 중량비 혼합물을 사출성형하여 열가소성 탄성중합체 모노필라멘트를 제조하였다. 650 및 1300 데니어인 탄성중합체섬유는 다음과 같이 단일-방향 테이프(uni-directional tapes)로 형성되었다: Halar®필름을 드럼상에 길이 방향을 따라, 중심에서 중심까지의 간격이 19inch(48.26㎝)가 되도록 고정된 폭 2inch(5.08㎝)의 양면 접착테이프를 사용하여 위치시켰다. 열가소성 탄성중합체 섬유는 폭이 4.6 ends/inch(1.81 ends/㎝)가 되도록 감았다. 일-면 접착 테이프를 섬유의 엔즈(ends)가 제 위치에 고정되도록 양-면 테이프위에 부착하였다. 필라멘트가 별도의 고무 스트립으로 서로 유지되는 이용가능한 단일한 방향의 섬유 매트의 길이가 17inch(43.18㎝)인 웹이 되도록 고정 테이프 가운데를 아래로 잘랐다. 상기 웹을 길이 방향을 따라 17inch(43.18㎝) 간격으로 잘라서 단일필라멘트사이에 상당한 간격을 갖는 17평방인치(43.18㎤)의 단일-방향 섬유 매트를 제조하였다. 1300 데니어 Spectra ®1000 을 드럼에 2.6ends/inch(1.02ends/㎝)로 권취한 것을 제외하고는 같은 방법으로 균일한 방향의 Spectra® 섬유 테이프를 제조하였다. 안정화된 복합체 패널은 상기 고무 매트를 Spectra® 테이프로 교차-플라잉하고 이들을 10ton/ft2(1.076X105㎏/㎡)의 압력에서 5분동안 100℃로 함께 성형하여 제조하엿다. 그 후, 안정화된 패널은 교차 플라이되고, Halar® 필름은 제거된 다음 그 후 패널을 서로 마주하고 있는 안정화된 균일한-방향으로된 테이프의 수지가 풍부한 측면들과 함께 성형(안정화된 단일한 방향의 테이프 제조시와 같은 조건)되었다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Example 10.1-10.3: A thermoplastic elastomer monofilament was prepared by injection molding a 2: 1 weight ratio mixture of two thermoplastic elastomers (Kraton® G1652 and 1657). Elastomer fibers, 650 and 1300 deniers, were formed from uni-directional tapes as follows: Halar® film along the length of the drum on the drum, 19 inches (48.26 cm) from center to center. It was positioned using a double-sided adhesive tape having a width of 2 inches (5.08 cm) fixed to be. The thermoplastic elastomeric fibers were wound to a width of 4.6 ends / inch (1.81 ends / cm). One-sided adhesive tape was attached onto the two-sided tape so that the ends of the fibers were fixed in place. The middle of the fixing tape was cut down so that the webs were 17 inches (43.18 cm) in length in the available single direction fiber mats held together in separate rubber strips. The web was cut at intervals of 17 inches (43.18 cm) along the length direction to produce 17 square inches (43.18 cm 3) of single-directional fiber mat with significant spacing between single filaments. Spectra® fiber tape in a uniform orientation was made in the same manner except that a 1300 denier Spectra®1000 was wound on the drum at 2.6ends / inch (1.02ends / cm). Stabilized composite panels were prepared by cross-flying the rubber mats with Spectra® tape and molding them together at 100 ° C. for 5 minutes at a pressure of 10ton / ft 2 (1.076 × 10 5 kg / m 2). The stabilized panels are then cross-plyed, and the Halar® film is removed and then molded together with the resin-rich sides of the stabilized uniform-oriented tape facing the panels together (stable single orientation). Same conditions as in the tape production). The results are shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

38 구경 납 탄알에 대한 면밀도 1 kg/㎡에서 유연한 방탄복의 탄도성능비교-고무 그리드 보강Comparison of Ballistic Performance of Flexible Body Armor at Surface Density of 1 kg / ㎡ for 38-caliber Lead Bullets-Rubber Grid Reinforcement

시편 매트릭스(kg/㎡) 섬유wt% 패널 No. V50(ft/s) SEAT(J㎡/kg)Specimen Matrix (kg / ㎡) Fiber wt% Panel No. V 50 (ft / s) SEAT (J㎡ / kg) #10.1(4.6ends/in) 1.04 81 8 890 377 #10.2(2.3ends/in) 1.05 80 8 807 295 #10.3(4.6ens/in) 1.24 66 8 802 247# 10.1 (4.6ends / in) 1.04 81 8 890 377 # 10.2 (2.3ends / in) 1.05 80 8 807 295 # 10.3 (4.6ens / in) 1.24 66 8 802 247

10.1과 10.2를 비교하면, 탄성중합체 그리드의 중량 퍼센트가 동일하면 섬유 그리드가 보다 효과적임을 나타낸다. 부가적인 탄성중합체 그리드는 패널을 딱딱하게하며 또한 탄도효율을 감소(10.3)시킨다. 결과는 특정한 탄도위험에 대한 최적의 보호를 위해서는 그리드 중량%와 크기를 최적화할 필요가 있음을 나타낸다.
Comparing 10.1 to 10.2, equal weight percentages of elastomeric grids indicate that the fiber grids are more effective. The additional elastomer grid stiffens the panel and also reduces ballistic efficiency (10.3). The results indicate that grid weight percent and size need to be optimized for optimal protection against certain ballistic risks.

10.4: 비교예: 비교예로서 평행한 섬유망(AlliedSignal사 제품, 상품명 Spectra Shield®로 판매(단일 성분, Spectra®1000 섬유의 1300 데니어 야안, 240 filaments per yarn). 시클로 헥산에 용해된 Kraton

Figure 112006071555643-pct00012
D1107용액으로 코팅되었다. 건조 챔버를 통과하며 용매가 제거되고 단일-방향 테이트 물질이 제조되는 섬유망은 균일하게 코팅된다. 이 물질은 교차-플라이되며 폴리에틸렌 필름을 상부와 하부바닥 표면에 라미네이트되어 패널이 서로 달라붙는 것을 방지한다. 패널, 섬유, 매트릭스 및 PE 필름의 면밀도는 각각 0.147, 0.105, 0.0262 및 0.0157kg/㎡이었다. PE필름의 융점은 114℃였다. 10.4: Comparative example: Parallel fibrous mesh (commercially available from AlliedSignal, trade name Spectra Shield® (single component, 1300 denier yarn of Spectra®1000 fiber, 240 filaments per yarn) Kraton dissolved in cyclohexane
Figure 112006071555643-pct00012
Coated with D1107 solution. The fibrous network through which the solvent is removed and where the uni-directional tate material is produced is uniformly coated. The material is cross-ply laminated to a polyethylene film on the top and bottom surfaces to prevent the panels from sticking together. The surface densities of the panels, fibers, matrices and PE films were 0.147, 0.105, 0.0262 and 0.0157 kg / m 2, respectively. The melting point of the PE film was 114 ° C.

10.5. AlliedSignal Specialty Films에서 제조한 Halar®필름을 길이 4ft.(121.92㎝), 직경 30in.(76.2㎝)인 둘레에 감았다. 드럼을 회전시켜 Spectra® 1000 섬유(1300데니아)를 9.26ends/in.(3.65ends/㎝)로 감았다. 상기 섬유망에 라텍스(Pierce and Stevens제품. Prinlin B7137X-1, Kraton® D1107:로진 3:1 중량비)를 분무하였다. Halar로 배킹(backing)된 이 단일-방향 테이프를 15 평방인치(38.1㎠)로 자르고 그 내부에서 라텍스로 0/90 교차-플라이되었다. 그 후 패널을 섬유가 81중량%가 되도록 10tons/ft2(1.076x105 kg/㎡)에서 15분간 125℃로 성형하였다. Halar®필름을 제거하고 폴리에틸렌 필름(실시예 10.4에서 사용한 것과 동일)을 0/90패널의 바깥쪽면에 놓고 성형시간을 2분으로 한것을 제외하고는 모든 에셈블리를 상기한 바와 같이 성형하였다.10.5. Halar® films made by AlliedSignal Specialty Films were wound around 4 ft. (121.92 cm) in length and 30 in. (76.2 cm) in diameter. The drum was rotated to wind the Spectra® 1000 fibers (1300 denia) to 9.26ends / in. (3.65ends / cm). The fiber network was sprayed with latex (Pierce and Stevens. Prinlin B7137X-1, Kraton® D1107: rosin 3: 1 weight ratio). This single-directional tape backed with Halar was cut to 15 square inches (38.1 cm 2) and 0/90 cross-ply with latex inside. The panels were then molded at 125 ° C. for 15 minutes at 10 tons / ft 2 (1.076 × 10 5 kg / m 2) so that the fibers were 81% by weight. All assemblies were molded as described above except the Halar® film was removed and the polyethylene film (same as used in Example 10.4) was placed on the outside of the 0/90 panel and the molding time was 2 minutes.

10.6: 폴리에틸렌필름(실시예 10.5의 패널에 사용한 필름과 동일)을 길이 4ft.(121.92㎝), 직경 30in.(76.2㎝)인 드럼에 감고 라텍스를 그 표면에 밴드폭이 125-250미크롱인 탄성중합체의 원형 도메인으로 필름표면을 약 25% 덮도록 분무한것을 제외하고는 실시예 10.5와 같이 시편을 제조하였다. 분무공정은 0.8㎜ 노즐을 사용하여 Wagner Power Painter-Model 310으로 행하였다. 분무는 회전하는 드럼의 일말단에서 시작하여 다른 말단으로 진행되도록하여 Kraton D1107의 별도의 원형 도메인을 형성하였다. Spectra 1000 섬유를 실시예 10.5와 같은 방법으로 감았다. 강건하고 균일한-방향의 테이프가 제조되었다. 0/90 패널시리즈를 그 표면에 폴리에틸렌 섬유를 갖도록 성형하였다. 성형은 10tons/ft2(1.076x105kg/㎡)에서 15분동안 80℃, 95℃, 105℃ 및 130℃에서 행하였다. 성형 온도가 증가됨에 따라, 패널은 유연성이 더욱 페이퍼-같아졌으며 덜 직물-같아졌다. 하나의 0/90 패널을 세탁기 어레이에 맞지 않도록 성형(두께 0.075인치(0.191cm), 외부직경 0.87인치(2.21cm) 그리고 내부직경 0.37인치(0.94cm))하였다. 완전히 합체된(consolidated) 세탁기 형태를 패널에 찍었다. 이는 합체된 패턴이 본 발명의 패널로 부터 제조될 수 있음을 실증하는 것이다. 유용한 도메인 구조가 쉽게 접혀지는 연속 라인(등변 삼각형 어레이와 같이)을 제공하도록 구성될 수 있다. 95℃에서 성형된 8개의 패널을 실시 예 10.6로 하여 .38 구경 납 탄알에 대하여 시험하였다. 더욱이, 하나의 패널은 그리드 교차부분에서 융기된 원형 부분을 갖는 정사각형 그리드를 갖는 스팟 결합 몰드에 놓았다. 원형부분은 직경이 1.0㎜이고 중심-대-중심의 거리는 7㎜였다. 패널을 약 500psi의 프레스에 놓고 115℃로 150초동안 성형하였다. 패널은 유연성을 유지한다. 이 성형방법으로 다양한 패턴을 만들 수 있다.
10.6: A polyethylene film (same as the film used for the panel of Example 10.5) was wound on a drum 4 ft. (121.92 cm) long and 30 in. (76.2 cm) in diameter, and the latex was 125-250 microns in band width on its surface. Specimens were prepared as in Example 10.5, except that the film was sprayed to cover about 25% of the film surface with the circular domain of the elastomer. The spraying process was performed with a Wagner Power Painter-Model 310 using a 0.8 mm nozzle. Spraying started at one end of the rotating drum and proceeded to the other end, forming a separate circular domain of Kraton D1107. Spectra 1000 fibers were wound in the same manner as in Example 10.5. A robust, uniform-direction tape was made. The 0/90 panel series was molded with polyethylene fibers on its surface. Molding was performed at 80 ° C., 95 ° C., 105 ° C. and 130 ° C. for 15 minutes at 10 tons / ft 2 (1.076 × 10 5 kg / m 2). As the molding temperature increased, the panels became more paper-like and less fabric-like in flexibility. One 0/90 panel was molded (0.075 inches (0.191 cm) thick, 0.87 inches (2.21 cm) outside diameter and 0.37 inches (0.94 cm) inside diameter) to fit the washing machine array. Fully consolidated washer forms were imprinted on the panels. This demonstrates that the combined pattern can be produced from the panel of the present invention. Useful domain structures can be configured to provide a continuous line (such as an equilateral triangle array) that is easily folded. Eight panels molded at 95 ° C. were tested for .38 caliber lead bullets using Example 10.6. Furthermore, one panel was placed in a spot joining mold with a square grid with raised circular portions at the grid intersections. The circular portion had a diameter of 1.0 mm and a center-to-center distance of 7 mm. The panels were placed in a press of about 500 psi and molded at 115 ° C. for 150 seconds. The panel maintains flexibility. This molding method can produce various patterns.

10.7: 1500 데니어 아라미드 섬유, Twaron 섬유(Akzo 제품, 1450 데니어 야안, 1.5denier per filament, 인장강도 24.4g/denier, 모듈러스 805 g/denier)를 회전하는 드럼에 8.03ends/in(3.16ends/cm)으로 감은것을 제외하고는 실시예 10.6고 같은 방법으로 시편을 제작하였다. 원형 도메인은 실시예 10.6과 같이 폴리에틸렌 필름상에 형성하였다. 상기 부분은 또한 실시예 10.6과 같은 방법으로 뒤틀린 섬유망상에 분무하여 형성되었다. 주사 전자 현미경은 상기 코팅된 부분이 불연속임을 나타낸다. 상기 부분은 크기가 150-500미크롱으로 섬유 길이(l)에 대하여 평행한 방향으로 매우 길었다. L/D 비는 이들 도메인들에 대하여 3:1∼25:1로 다양하다.
10.7: 8.03ends / in (3.16ends / cm) on a drum rotating 1500 denier aramid fibers, Twaron fibers (Akzo products, 1450 denier yarns, 1.5 denier per filament, tensile strength 24.4 g / denier, modulus 805 g / denier) A specimen was prepared in the same manner as in Example 10.6, except that the specimen was wound. Circular domains were formed on the polyethylene film as in Example 10.6. The part was also formed by spraying on the twisted fiber network in the same manner as in Example 10.6. Scanning electron microscopy indicates that the coated portion is discontinuous. The part was 150-500 microns in size and very long in a direction parallel to the fiber length l. L / D ratios vary from 3: 1 to 25: 1 for these domains.

10.8: 열가소성 탄성중합체 섬유를 Kraton®G1652와 1657의 2:1 중량비 혼합물을 사출성형하여 제조하였다. 단일한-방향의 테이프를 다음과 같이 탄성중합체 섬유(650 데니아)로 형성하였다:10.8: Thermoplastic elastomer fibers were prepared by injection molding a 2: 1 weight ratio mixture of Kraton® G1652 and 1657. Mono-directional tape was formed from elastomeric fibers (650 denier) as follows:

열가소성 탄성중합체 모노필라멘트를 열가소성 탄성중합체(Kraton ®G1652와 1657)가 2:1 중량비로 혼합된 혼합물을 사출성형하여 제조하였다. 650 및 1300데니아인 탄성중합체 섬유를 다음과 같이 단일한-방향의 테이프로 형성하였다: Halar®필름을 드럼상에 길이 방향을 따라, 중심에서 중심까지의 간격이 19inch(48.26㎝)가 되도록 고정하여 폭 2inch(5.08㎝)의 양면 접착테이프를 사용하여 위치시켰다. 열가소성 탄성중합체 섬유는 폭이 4.6 ends/inch(1.81 ends/㎝)가 되도록 감았다. 일-면 접착 테이프를 섬유의 엔즈(ends)가 제 위치에 고정되도록 양-면 테이프의 위치에 부착하였다. 필라멘트가 별도의 고무 스티립으로 서로 유지되는 이용가능한 단일한 방향의 섬유 매트의 길이가 17inch(43.18㎝)인 웹이 되도록 고정 테이프 가운데를 아래로 잘랐다. 상기 웹을 길이 방향으로 17inch(43.18㎝) 간격으로 잘라서 단일필라멘트 사이에 상당한 간격을 갖는 17평방인치(43.18㎤)의 단일한-방향의 섬유 매트를 제조하였다. 1300 데니어 Spectra ®1000 을 드럼에 2.6ends/inch(1.02ends/㎝)로 권취한 것을 제외하고는 같은 방법으로 단일한-방향의 Spectra® 섬유 테이프를 제조하였다. 안정화된 복합체 패널은 상기 고무 매트를 Spectra® 테이프로 교차-플라잉하고 이들을 10ton/ft2(1.076X105㎏/㎡)의 압력에서 5분동안 100℃로 함께 성형하여 제조하였다. 그 후, 안정화된 패널은 교차 플라이되고, Halar® 필름은 제거되고 그 후 패널을 서로 마주하고 있는 안정화된 균일한-방향으로된 테이프의 수지가 풍부한 면들과 함께 성형(안정화된 단일한-방향의 테이프 제조시와 같은 조건)되었다.Thermoplastic elastomer monofilaments were prepared by injection molding a mixture of thermoplastic elastomers (Kraton® G1652 and 1657) in a 2: 1 weight ratio. Elastomeric fibers of 650 and 1300 denia were formed of a single-direction tape as follows: The Halar® film was fixed on the drum along a longitudinal direction with a center-to-center spacing of 19 inches (48.26 cm). It was positioned using a double sided adhesive tape having a width of 2 inches (5.08 cm). The thermoplastic elastomeric fibers were wound to a width of 4.6 ends / inch (1.81 ends / cm). The one-sided adhesive tape was attached in place of the two-sided tape such that the ends of the fibers were fixed in place. The middle of the fixing tape was cut down so that the filaments were webs of 17 inches (43.18 cm) in length in a single, available fiber mat held with each other in separate rubber sty. The web was cut at lengths of 17 inches (43.18 cm) in the longitudinal direction to produce 17 square inches (43.18 cm 3) of single-direction fiber mats with significant spacing between single filaments. A single-way Spectra® fiber tape was made in the same manner except that a 1300 denier Spectra®1000 was wound on the drum at 2.6ends / inch (1.02ends / cm). Stabilized composite panels were prepared by cross-flying the rubber mats with Spectra® tape and molding them together at 100 ° C. for 5 minutes at a pressure of 10ton / ft 2 (1.076 × 10 5 kg / m 2). The stabilized panels are then cross-plyed, the Halar® film is removed and then molded together with the resin-rich sides of the stabilized uniform-oriented tape facing the panels together (stabilized single-directional Same conditions as the tape production).


1300 데니아 Spectra ®1000을 드럼상에 9.26ends/in.(3.65ends/cm)으로 감은것을 제외하고는 같은 방법으로 단일한-방향의 Spectra®섬유 테이프를 제조하였다.

A single-way Spectra® fiber tape was prepared in the same manner except that the 1300 Denia Spectra®1000 was wound on a drum at 9.26ends / in. (3.65ends / cm).

안정화된 단일한-방향의 테이프 패널은 고무 패널과 Spectra®패널을 교차-플라잉하고 이들을 10ton/ft2(1.076x105 kg/㎠)에서 5분간 100℃로 함께 성형하여 제조하였다. 이들 안정화된 단일한-테이프는 교차-플라이되고, Halar®필름은 제거된 후, 패널들을 서로 마주하고 있는 안정화된 단일한-방향으로된 테이프의 수지가 풍부한 면들과 함께 안정화된 단일한-방향의 테이프 제조에 사용된 것과 동일한 조건에서 함께 성형되었다. Stabilized single-directional tape panels were prepared by cross-flying rubber and Spectra® panels and molding them together at 100 ° C. for 5 minutes at 10 ton / ft 2 (1.076 × 105 kg / cm 2). These stabilized single-tapes are cross-plyed, and the Halar® film is removed and then stabilized single-directional with the resin-rich sides of the stabilized single-directional tape facing the panels. It was molded together under the same conditions used to make the tape.

10.9: 수증기 전달10.9: Water vapor delivery

Spectra Shield®물질에 비하여 본 발명의 패널(실시예 10.3)을 통하여 수증기가 투과하는 상대적인 성능을 입구가 넓은 2oz. 용기(내부직경 42㎜)에 물 15g을 넣고 실온 50% 상대습도에서 24시간 경과시 손실중량을 측정하여 평가하였다. 패널은 이중 접착 테이프를 사용하여 용기 둘레에 고정하였다. Spectra®1000 탄도직물(ballistic fabric)(Style 955-215 데니아, 평직 55 x 55 ends/in.(21.7 x 21.7 ends/cm))또한 시험하였다. 본 발명의 구조물에는 직물과 비슷한 정도로 수증기가 투과되었다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다. Compared to the Spectra Shield® material, the relative performance of water vapor transmission through the panel of the present invention (Example 10.3) is 2 oz. 15 g of water was placed in a container (42 mm inside diameter), and the loss weight was measured after 24 hours at 50% relative humidity at room temperature. The panel was secured around the container using double adhesive tape. Spectra®1000 ballistic fabric (Style 955-215 Denia, plain weave 55 x 55 ends / in. (21.7 x 21.7 ends / cm)) was also tested. Water vapor was permeated to the structure of the present invention to a degree similar to that of the fabric. The results are shown in Table 2 below.

[표 2] 물 손실의 비교[Table 2] Comparison of water loss

시편 손실 Wt Wt. 손실%* Specimen Loss Wt Wt. % Loss * 규준-상부 개방 8.05g 100 단일 필라멘트(실시예. 10.4) 0.01g 0.12 그리드 합체(실시예. 10.3) 1.6g 20 Spectra 직물 2.39g 30Norm-top opening 8.05 g 100 Single filament (Example 10.4) 0.01 g 0.12 Grid coalesced (Example 10.3) 1.6 g 20 Spectra fabric 2.39 g 30

* 중량 손실 %는 100 x Ws/Wc로서, 이들은 각각 주어진 조건과 개봉된 용기에서의 중량손실이다.
% Weight loss is 100 x Ws / Wc, which is the weight loss in the opened container and given conditions, respectively.

10.10: 유연성10.10: Flexibility

시판되는 단일성분, 그리드 보강된 패널(실시예 10.3) 그리고 시판되는 Spectra®1000 직물(Clark-Schwebel 제품, 215데니아, Spectra®1000/45x45 ends/inch(17.32 x 17.72 ends/cm) 평직)의 유연성을 비교하였다. 시편을 평평한 표면에 놓고 모서리를 13cm 길이(l)로 늘어지도록 하였다. 자유로운 면의 평평한 표면아래의 거리(h)를 측정하였다. 거리(h)가 클수록, 구조가 더욱 유연하다. 표 3에서 알 수 있듯이, 그리드를 갖는 부직 패널이 직조된 Spectra®1000 탄도직물보다 유연하였다. 시험하기전에 시편들을 구부려서 닳도록 하였다. Flexibility of commercially available monocomponent, grid-reinforced panels (Example 10.3) and commercially available Spectra®1000 fabrics (Clark-Schwebel, 215 Denia, Spectra®1000 / 45x45 ends / inch (17.32 x 17.72 ends / cm) plain weave) Was compared. The specimens were placed on a flat surface and the edges were stretched to a length of 13 cm (l). The distance h below the flat surface of the free side was measured. The larger the distance h, the more flexible the structure. As can be seen in Table 3, nonwoven panels with grids were more flexible than woven Spectra®1000 ballistic fabrics. The specimens were bent to wear out before testing.

[표 3]TABLE 3

패널 유연성 비교
Panel Flexibility Comparison

시편 길이(l)(㎝) 높이(h)(㎝) h/l 유연성%Specimen Length (l) (cm) Height (h) (cm) h / l Flexibility% 단일성분 13 4 0.3077 36 탄도직물 13 11.0 0.8462 100 그리드 합체 패널 13 11.5 0.8846 104Monocomponent 13 4 0.3077 36 Ballistic Fabric 13 11.0 0.8462 100 Grid Coated Panel 13 11.5 0.8846 104


실시예 11Example 11

11.1: AlliedSignal Specialty Films에서 제조한 Halar®필름을 길이 4ft.(121.92㎝), 직경 30in.(76.2㎝)인 드럼 둘레에 감았다. 폭이 2in.(5.08㎝)인 양면 점착 테이프 스트립을 드럼 길이를 따라 8in.(20.32㎝)간격으로 적용하였다. 드럼을 회전시켜 Spectra® 1000 섬유(1300데니아)를 9.26ends/in.(3.65ends/㎝)로 감았다. Spectra® 1000 야안을 감은 후, 폭이 2in(5.08ends/㎝)인 마스킹 테이프 스트립을 섬유가 제자리에 확실히 고정되도록 양면 점착 테이프로 커버된 부분상에 적용하였다. Halar®필름 및 Spectra®섬유와 함께 점착제 테이프를 점착제 테이프의 중심선을 따라 상기 섬유망에 아래로 잘라서 섬유길이가 8in.(20.32㎝) 그리고 폭이 48in.(121.92㎝)인 매트를 제조하였다. 나아가, 상기 매트를 탄성중합체 섬유와 함께 사용하기 편리한 크기로 잘랐다. 중합체를 Instron 모세관 유량계(rheometer)를 사용하여 260℃에서 0.02in.(0.051㎝)다이를 통하여 사출성형하여 단일필라멘트 탄성중합체 섬유인 Kraton®G1650(2212) 데니어를 제조하였다. 8 평방인치(20.32㎠)의 평행한 섬유망을 금속 플레이트에 붙이고 양면 점착테이트를 섬유길이 방향에 대하여 평행하게 테이프 길이방향으로 웹의 양면에 위치시켰다. Kraton® G1650섬유를 섬유 방향에 대하여 수직으로 놓고 웹의 양면을 1㎝간격으로 테이프로 고정하였다. 11.1: Halar® film made by AlliedSignal Specialty Films was wound around a drum 4 ft. (121.92 cm) in length and 30 in. (76.2 cm) in diameter. A double-sided adhesive tape strip having a width of 2 inches (5.08 cm) was applied along the drum length at intervals of 8 inches (20.32 cm). The drum was rotated to wind the Spectra® 1000 fibers (1300 denia) to 9.26ends / in. (3.65ends / cm). After winding the Spectra® 1000 eye, a 2 in (5.08ends / cm) masking tape strip was applied on the area covered with double-sided adhesive tape to ensure the fibers were securely in place. The adhesive tape along with the Halar® film and the Spectra® fiber was cut down into the fiber network along the centerline of the adhesive tape to produce a mat having a fiber length of 8 inches (20.32 cm) and a width of 48 inches (121.92 cm). Furthermore, the mat was cut into sizes convenient for use with elastomeric fibers. The polymer was injection molded through a 0.02 in. (0.051 cm) die at 260 ° C. using an Instron capillary rheometer to prepare Kraton® G1650 (2212) denier, a single filament elastomeric fiber. Eight square inches (20.32 cm 2) of parallel fiber nets were attached to the metal plate and the double-sided adhesive tape was placed on both sides of the web in the tape length direction parallel to the fiber length direction. Kraton® G1650 fibers were placed perpendicular to the fiber direction and taped on both sides of the web at 1 cm intervals.

강건한 단일-방향의 테이프를 일면에 Halar®필름을 갖는 금속 플레이트 사이에서 성형하고 수압 프레스에서 낮은 압력으로 125℃에서 성형한 후 필름을 제거하였다. 테이프는 교차-플라이되고 다시 성형되어 총 면밀도가 0.154kg/㎠ 그리고 매트릭스가 32wt%인 0/90 패널을 만들었다. 변형된 Kraton® G1650 섬유의 폭은 표면 피복율 49%에 해당하는 약 3㎜였다. 몇번 처음 굽힘후에, 유연하고 마찰이 적은 패널이 제조되었다. 성형공정도중, Spectra® 섬유가 뒤틀리고, 공극이 제거되고 유연한 물질에 비하여 초기 강성도(stiffness)가 크다.A robust single-directional tape was molded between metal plates with Halar® film on one side and formed at 125 ° C. at low pressure in a hydraulic press and then the film was removed. The tape was cross-plyed and remolded to produce 0/90 panels with a total surface density of 0.154 kg / cm 2 and a matrix of 32 wt%. The width of the modified Kraton G1650 fiber was about 3 mm, corresponding to 49% surface coverage. After the first few bends, a flexible, low friction panel was produced. During the molding process, Spectra® fibers are warped, voids are removed and the initial stiffness is greater than with flexible materials.

11.2: 본 실시예의 시편은 Kraton® 섬유를 3㎝길이로 잘라서 섬유망상에 불규칙하게 놓은 것을 제외하고는 실시예 11.1과 같다. 그 후, 이를 성형하여 단일한-방향의 테이프를 제조하였다. Kraton®G1650유동에 의해 섬유망이 현저하게 뒤틀리는 바람직하지 않은 현상을 나타내었다. 11.2: The specimens of this example were the same as in Example 11.1, except that the Kraton® fibers were cut 3 cm in length and placed irregularly on the fibrous network. Thereafter, it was molded to produce a single-direction tape. The Kraton® G1650 flow exhibited an undesirable phenomenon in which the fiber network was significantly warped.

11.3: 본 실시예는 탄성중합체 섬유를 260℃에서 0.007inch 다이를 통해 압출한 것을 제외하고는 실시예 11.1과 동일하다. 단일한-방향의 테이프와 결과물인 0/90 교차-플라이된 패널 매트릭스가 모두 5.5wt%였다. 0/90패널의 면밀도는 0.1113kg/㎡였다. 탄성중합체 섬유는 1㎜미만으로 넓어졌으며, 결과적으로 탄성중합체의 피복율이 패널 면적의 20%였다.
11.3: This example is identical to Example 11.1 except that the elastomeric fibers are extruded through a 0.007 inch die at 260 ° C. The mono-directional tape and the resulting 0/90 cross-plyed panel matrix were both 5.5 wt%. The surface density of the 0/90 panel was 0.1113 kg / m <2>. The elastomeric fibers widened to less than 1 mm, with the result that the coverage of the elastomer was 20% of the panel area.

11.4: 탄성중합체 섬유(Kraton®G1651, 811 데니어)가 Spectra® 섬유의 길이 방향으로 45도로 배향된것을 제외하고는 실시예 11.1과 같았다. 탄성중합체 섬유를 260℃에서 0.012in.(0.0305㎝)다이를 통하여 압출되었다. 단일한-방향의 테이프와 결과물인 0/90 교차-플라이된 패널 매트릭스가 모두 20wt%였다. 탄성중합체 섬유를 다이아몬드 형태 혹은 Spectra®섬유 길이에 대하여 45도로 평행한 일련의 선으로 형성하는 두가지의 다른 구조가 가능하다. 수지가 많이 면이 서로 프레스되는 경우, 최종 성형된 패널은 응집되고 마찰이 매우 낮다. 11.4: Same as Example 11.1 except that the elastomeric fibers (Kraton® G1651, 811 denier) were oriented 45 degrees in the longitudinal direction of the Spectra® fibers. The elastomeric fibers were extruded through a 0.012 in. (0.0305 cm) die at 260 ° C. The mono-directional tape and the resulting 0/90 cross-plyed panel matrix were both 20 wt%. Two different structures are possible, forming the elastomeric fibers in a diamond form or a series of lines parallel to 45 degrees to the Spectra® fiber length. When a lot of resin is pressed against each other, the final molded panel is agglomerated and very low in friction.

실시예 12Example 12

테이프를 다음 방법으로 제조하였다: Raven Industries(Sioux City, South Dakota)에서 제조한 두께 0.00035in.(0.000889㎝)의 PE 필름을 드럼에 놓았다: 드럼을 회전시키고 라텍스를 필름 표면에 분무하여 정적으로 균일하게 분산된 소적 분산물을 형성하였다: 그 후, Spectra®섬유 1000/650 데니아, 240 filaments per end를 드럼상에 감았으며; Spectra®섬유망에 라텍스를 분무하였다. The tape was made by the following method: A PE film of 0.00035 in. (0.000889 cm) thickness made by Raven Industries, Sioux City, South Dakota, was placed in a drum: statically uniform by rotating the drum and spraying the latex onto the film surface. To form a dispersed dispersed dispersion: Spectra® fiber 1000/650 denia, 240 filaments per end, were then wound on a drum; Latex was sprayed onto the Spectra® fiber.

이들 테이프는 방탄조끼 적용에 적합한 최종 교차-프라이된 패널을 제조하고 그리고 취급하기에 충분히 강건하였다. 단일한 방향의 테이프를 교차-플라이(0/90)하고 다른 조건하에서 성형하였다. 교차-플라이된 패널은 일반적으로 우수한 유연성과 우수한 탄도성능을 모두 나타낸다. 상기 교차-플라이된 패널은 매트릭스의 양, 합체(consolication) 및 배치(distribution)를 특정한 용도에 요구되는 물성에 따라 조절할 수 있음을 나타낸다.
These tapes were robust enough to make and handle the final cross-fried panels suitable for bulletproof vest applications. Tape in a single direction was cross-ply (0/90) and molded under different conditions. Cross-plyed panels generally exhibit both good flexibility and good ballistic performance. The cross-plyed panels indicate that the amount, consolication and distribution of the matrix can be adjusted according to the properties required for the particular application.

12.1: 평행한 섬유망을 시클로헥산에 용해된 kraton®D1107 용액으로 균일하게 코팅한 후, 건조 챔버를 통과시켜 용매를 제거하여 단일한-방향의 테이프 물질을 제조하였다. 이 물질을 교차-플라이하고 Raven Industries(Sioux City, South Dakota)에서 제조한 두께 0.00035in.(0.000889㎝)의 폴리에틸렌 필름을 표면의 상부와 하부 표면에 라미네이트하여 패널이 서로 들러붙는 것을 방지하였다. 성형조건은 120℃에서 10분간으로 하였다. 패널, 섬유, 매트릭스 및 PE 필름의 면밀도는 각각 0.147, 0.105, 0.0262 및 0.0157kg/㎡이었다. PE필름은 융점이 114℃였다. 폴리에틸렌 필름은 매트릭스 Kraton® D1107 단독에 비하여 중량 및 강도가 증대되었다. 12.1: Parallel fiber nets were uniformly coated with a kraton® D1107 solution dissolved in cyclohexane and then passed through a drying chamber to remove solvent to prepare a single-directional tape material. The material was cross-flyed and laminated with 0.00035 in. (0.000889 cm) of polyethylene film made by Raven Industries (Sioux City, South Dakota) to the top and bottom surfaces of the surface to prevent the panels from sticking together. Molding conditions were 10 minutes at 120 degreeC. The surface densities of the panels, fibers, matrices and PE films were 0.147, 0.105, 0.0262 and 0.0157 kg / m 2, respectively. The PE film had a melting point of 114 ° C. Polyethylene films have increased weight and strength compared to matrix Kraton® D1107 alone.

12.2: 불연속 열가소성 부분으로 존재하는 매트릭스12.2: Matrix Existing as Discontinuous Thermoplastic Part

Halar®필름(AlliedSignal Specialty Films 제품, Pottsville, PA)을 길이 4ft.(121.92㎝), 직경 30in.(76.2㎝)인 드럼 둘레에 감았다. 드럼을 회전시켜 Spectra® 1000 섬유(1300데니아)를 9.26ends/in.(3.65ends/㎝)로 감았다. 섬유망에 라텍스(중량비가 3:1인 Pierce and Stevens 제품인 Kraton® D1107 및 Prinlin B7137X-1)를 분무하였다. 이 단일한-방향의 테이프를 Halar® 배킹과 함께 15평방인치(38.1㎠)로 절단하고 그 내부를 테이프로 0/90 교차-플라이하였다. 그 후 교차-플라이된 물질을 10tons/ft2(1.076x105 kg/㎡)에서 15분동안 125℃로 성형하였다. Halar® 필름을 제거하고 폴리에틸렌 필름(실시예 12.1에 사용된 필름과 동일)을 0/90패널의 바깥쪽 표면에 놓고, 모든 어셈블리를 성형시간을 2분으로 한 것을 제외하고는 첫번째 성형과 동일한 방법으로 성형하였다. 15평방인치(38.1㎠)인 8개의 패널을 서로 적층하고, 클램프한 다음 0.38구경 납 총탄(158 grains)을 사용하여 점토 배킹에 대하여 시험하였다. V50값은 824ft/s(251.2m/s 였다.)Halar® film (AlliedSignal Specialty Films, Pottsville, PA) was wound around a drum 4 ft. (121.92 cm) long and 30 in. (76.2 cm) in diameter. The drum was rotated to wind the Spectra® 1000 fibers (1300 denia) to 9.26ends / in. (3.65ends / cm). The fibrous mesh was sprayed with latex (Kraton® D1107 and Prinlin B7137X-1 from Pierce and Stevens at a 3: 1 weight ratio). This single-way tape was cut 15 square inches (38.1 cm 2) with Halar® backing and 0/90 cross-ply inside with tape. The cross-flyed material was then molded at 125 ° C. for 15 minutes at 10 tons / ft 2 (1.076 × 10 5 kg / m 2). Same method as the first molding, except the Halar® film was removed and the polyethylene film (same as the film used in Example 12.1) was placed on the outer surface of the 0/90 panel and all assemblies were molded for 2 minutes. Molded into. Eight panels of 15 square inches (38.1 cm 2) were laminated to each other, clamped and tested for clay backing using 0.38 caliber lead bullets (158 grains). The V 50 value was 824 ft / s (251.2 m / s).

12.3: PE 필름을 갖는 Kraton®D1107 및 Prinlin 매트릭스 도메인 8 패널(매트릭스 부분은 분무됨), 섬유 중량%는 81% 그리고 ADT=1.04kg/㎡12.3: Kraton® D1107 and Prinlin matrix domain 8 panel with PE film (the matrix part is sprayed), 81% fiber weight and ADT = 1.04 kg / m2

본 실시예에서 시편은 폴리에틸렌 필름(실시예 12.2의 패널 표면상의 필름과 동일)을 금속 드럼(길이 4ft. 그리고 직경 30in.)에 감았으며, 라텍스는 그 표면상에 분무(표면에 분무된 Kraton®/Prinlin 매트릭스의 면밀도는 0.0019kg/㎡)한 것을 제외하고는 실시예 12.2와 같이 제작하였다. 평면내의 탄성중합체의 원형도메인은 크기가 125-250 미크롱이고 필름 표면의 피복율은 약 25%였다. 분무공정은 0.8㎜노즐을 사용하여 Wagner Power Painter-Model 310으로 행하였다. 분무는 회전하는 드럼의 일 말단에서 시작하여 다른 말단으로 진행되도록 행하여, 별도의 원형 매트릭스 도메인이 제공되도록 하였다. Spectra®1000섬유를 실시예 12.2에 기술한 바와 동일한 방법으로 감았으며, 섬유 매트는 또한 실시예 12.2와 동일한 방법으로 분무되었다. 이에 따라 이형 배킹이 제거된 강건하고 단일한-방향의 테이프가 제조되었다. 0/90패널 시리즈의 표면에 폴리에틸렌 필름을 성형하였다. 성형은 10tons/ft2(1.076x105 kg/㎡)에서 15분동안 80℃, 95℃, 105℃ 및 130℃에서 행하였다. 성형 온도가 증가할수록 패널은 유연성이 보다 페이퍼-같아지고 덜 직물-같아졌다. 95℃성형된 패널을 몇 시간동안 굽혀서 실시예 10.10에 기술한 방법으로 유연성에 대하여 평가하였다. 패널의 유연성은 0.96였으며 탄도 직물과 비교한 퍼센트 유연성은 114%였다.(실시예 10.10 참조).In this example, the specimen was wound with a polyethylene film (equivalent to the film on the panel surface of Example 12.2) on a metal drum (length 4 ft. And diameter 30 in.) And the latex was sprayed onto the surface (sprayed Kraton® sprayed on the surface). / Prinlin matrix was prepared in the same manner as in Example 12.2 except that the surface density of 0.0019kg / ㎡). The circular domain of the elastomer in the plane was 125-250 microns in size and the coverage of the film surface was about 25%. The spraying process was performed with a Wagner Power Painter-Model 310 using a 0.8 mm nozzle. Spraying was done starting at one end of the rotating drum and proceeding to the other end to provide a separate circular matrix domain. Spectra® 1000 fibers were wound in the same manner as described in Example 12.2, and the fiber mat was also sprayed in the same manner as in Example 12.2. This resulted in a robust, single-way tape with release backing removed. A polyethylene film was molded on the surface of the 0/90 panel series. Molding was performed at 80 ° C., 95 ° C., 105 ° C. and 130 ° C. for 15 minutes at 10 tons / ft 2 (1.076 × 10 5 kg / m 2). As the molding temperature increased, the panels became more paper-like and less fabric-like in flexibility. The molded panels at 95 ° C. were bent for several hours and evaluated for flexibility by the method described in Example 10.10. The flexibility of the panel was 0.96 and the percent flexibility compared to ballistic fabrics was 114% (see Example 10.10).

하나의 0/90 패널을 세탁기 어레이에 맞지 않도록 성형(두께 0.075인치, 외부직경 0.87인치 그리고 내부직경 0.37인치)하였다. 완전히 합체된 세탁기 형태를 패널에 찍었다. 이는 합체된 패턴이 본 발명의 패널로 부터 제조될 수 있음을 실증하는 것이다. 쉽게 접혀지는 연속 라인(등변 삼각형 어레이와 같이)을 제공하는 유용한 도메인 구조가 쉽게 구성될 수 있다.
One 0/90 panel was molded (0.075 inches thick, 0.87 inches outside diameter and 0.37 inches inside diameter) to fit the washing machine array. The fully integrated washing machine was stamped on the panel. This demonstrates that the combined pattern can be produced from the panel of the present invention. Useful domain structures that provide continuous lines that fold easily (such as an equilateral triangle array) can be easily constructed.

95℃에서 성형된 8개의 패널을 0.38 구경 납 탄알에 대하여 시험하였다. 더욱이, 하나의 패널은 그리드 교차부분에 융기된 원형 도메인을 갖는 정사각형 그리드를 갖는 스팟 결합 몰드에 놓았다(원형부분은 직경이 1.0㎜이고 중심-대-중심의 거리는 7㎜였다.). 패널을 약 500psi의 프레스에 놓고 115℃로 150초동안 성형하였다. 원형부분은 합체된 상태로(약 1.6 면적 퍼센트) 그리고 잔류 면적은 합체되지않은 상태로 남아있었다. 패널은 유연성을 유지하였다.
Eight panels molded at 95 ° C. were tested for 0.38 caliber lead bullets. Moreover, one panel was placed in a spot bonding mold with a square grid with raised domains at the grid intersections (the circle was 1.0 mm in diameter and the center-to-center distance was 7 mm). The panels were placed in a press of about 500 psi and molded at 115 ° C. for 150 seconds. The circular portion remained coalesced (about 1.6 area percent) and the remaining area remained un coalesced. The panel remained flexible.

12.4: 본 실시예는 실시예 12.3 에 기술한 방법으로 제조하였다. 12.4: This example was prepared by the method described in example 12.3.

[표 4]TABLE 4

0.38 구경 납 탄도에 대한 유한한 방탄복의 탄도성능비교Ballistic Performance Comparison of Finite Body Armor for 0.38 Caliber Lead Ballistic

시편 ADT(kg/㎡) 섬유wt% V50(ft/s)[m/s] SEAT(J㎡/kg) 도메인Specimen ADT (kg / ㎡) Fiber wt% V 50 (ft / s) [m / s] SEAT (J㎡ / kg) Domain 12.1 1.05 72 720[219.5] 234 무 12.2 1.04 81 824[251.2] 310 유 12.3 1.24 81 789[240.5] 296 유 12.4 1.04 78 858[261.5] 327 유12.1 1.05 72 720 [219.5] 234 None 12.2 1.04 81 824 [251.2] 310 U 12.3 1.24 81 789 [240.5] 296 U 12.4 1.04 78 858 [261.5] 327 U

실시예 13Example 13

다음 구조를 조사하였다:The following structure was investigated:

A. 단일 성분 Spectra Shield®물질A. Single Ingredient Spectra Shield® Material

0/90 프리프레그가 편입된 이 구조는 매트릭스(Kraton®D1107)의 접착성에 기인한 패널의 융합을 방지하기 위해 그 상부 및 하부에 PE 필름을 필요로한다. 상기 패널은 응집되고 비교적 섬유 wt%(72%)가 적다. 이 샌드위치 구조는 표 5에서 와 같이 유연성을 저해한다. This structure, incorporating 0/90 prepregs, requires PE films on its top and bottom to prevent fusion of the panel due to the adhesion of the matrix (Kraton® D1107). The panels are agglomerated and relatively low in fiber wt% (72%). This sandwich structure impairs flexibility as shown in Table 5.

B. 성능 개선을 위한 단일 성분의 일부(minor) 개질B. Minor Modification of a Single Component to Improve Performance

기본적인 사상은 유연성을 증대시키기 위해 시판되는 제품 A에서 연속 매트릭스 배열에 대한 매트릭스 도메인을 치환하는 것이다. 회전하는 드럼에서 섬유망상에 도료 분무기를 통해 Kraton®D1107 라텍스를 분무하여 정적으로 균일하게 분배되도록 행하였다. 이 공정은 매우 간단하며, 섬유 매트 표면에 도메인을 형성한다. 레진이 풍부한 표면은 일체시키고 PE필름을 상부와 하부에 놓았다. 이 어셈블리를 성형하여 유연한 패널을 제조하고 이를 적층하여 섬유가 81중량%인 탄도 과녁을 제조하였다. 표 5를 참조하여, 탄도(SEAT)효율이 약 시판되는 규준(A)의 1.3배이고 섬유 중량%가 시판되는 제품에 비하여 현저하게 높음을 알 수 있다. The basic idea is to substitute the matrix domain for continuous matrix alignment in the commercial product A to increase flexibility. Kraton® D1107 latex was sprayed through a paint sprayer onto a fibrous network in a rotating drum to effect a static uniform distribution. This process is very simple and forms domains on the surface of the fiber mat. Resin-rich surfaces were integrated and PE films were placed on top and bottom. This assembly was molded to produce a flexible panel and laminated to produce a ballistic target with 81% by weight of fibers. Referring to Table 5, it can be seen that the ballistic (SEAT) efficiency is about 1.3 times that of the commercially available standard (A) and the fiber weight% is significantly higher than that of the commercially available products.


C. 매트릭스 - 회전 성형용으로 디자인된 PE 분말

C. Matrix-PE Powder Designed for Rotational Molding

이 시스템에서 가장 우수한 탄도 결과를 얻었다. 선형 저밀도 폴리에틸렌 분말(Tm=105℃)을 회전하는 드럼에서 섬유 매트상에 슬러리로 펌프하였다. 이에 따라 제조된 0/90 패널은 유연하고 표면 마찰이 작다. PE 분말의 잇점은 저렴하고 제조공정에서 용매가 사용되지 않는다는 것이다. 표 5를 참조한, 탄도성능(SEAT)은 규준 시편 A에 비하여 매우 우수하였다.
The best ballistic results were obtained with this system. Linear low density polyethylene powder (Tm = 105 ° C.) was pumped into the slurry on a fiber mat in a rotating drum. The 0/90 panels thus produced are flexible and have low surface friction. The advantage of PE powder is that it is inexpensive and no solvent is used in the manufacturing process. Referring to Table 5, the ballistic performance (SEAT) was very good compared to the standard specimen A.

D(1)-D(2). 중량비가 1:4인 매트릭스 EPDM/PE 분말D (1) -D (2). Matrix EPDM / PE Powder with Weight Ratio 1: 4

분말이 드럼에서 섬유에 점착되지 않고 떨어지는 경향이 있음으로 PE분말로 평행한 섬유망을 제조하는데 다소의 어려움이 따른다. EPDM 용액과 혼합된 PE 분말 슬러리는 회전드럼에서 섬유 매트에 잘 부착됨을 발견하였다. 그러나, 탄도성능은 PE분말이 단독으로 사용되는 경우 얻어지는 정도로 좋지는 않다. Since the powder tends to fall off the drum without sticking to the fiber, some difficulties arise in producing parallel fiber networks with PE powder. The PE powder slurry mixed with the EPDM solution was found to adhere well to the fiber mat in the rotating drum. However, the ballistic performance is not so good as to be obtained when the PE powder is used alone.

표 5에 SEAT값을 기준으로 이들 시험 물질의 탄도효율을 요약하였다.
Table 5 summarizes the ballistic efficiencies of these test materials based on their SEAT values.

[표 5]TABLE 5

0.38 구경 납 탄도에 대한 유연한 방탄복의 탄도성능비교
Comparison of Ballistic Performance of Flexible Body Armor to 0.38 Caliber Lead Ballistic

시편 ADT 섬유 wt% V50(ft/s}[m/s] SEAT(J㎡/kg) 영역Specimen ADT Fiber wt% V 50 (ft / s) [m / s] SEAT (J㎡ / kg) area A(규준) 1.05 72 720[219.5] 234 무 B 1.04 81 824[251.2] 310 유 C 0.981 88 854[260.3] 353 유 D(1) 1.00 85 774[235.0] 283 유 D(2) 1.04 80 750[228.6] 257 유  A (normative) 1.05 72 720 [219.5] 234 None B 1.04 81 824 [251.2] 310 Oil C 0.981 88 854 [260.3] 353 Oil D (1) 1.00 85 774 [235.0] 283 Oil D (2) 1.04 80 750 [ 228.6] 257 u

실시예 14Example 14

아라미드 섬유 보강된 유연성 표적을 실시예 12.3에 기술된 바와 같이 제조하였다. Twaron 섬유(Akzo 제품, 1450데니아, 1.5 denier per filament, 인장강도 24.4g/denier, 모듈러스 805g/denier)를 Spectra ®1000야안 대신 사용하였으며 이를 드럼에 1 인치당 8.3 turns로 감았다. ADT=0.995kg/㎡인 7개의 0/90패널을 갖는 표적의 .38 납 탄알에 대하여 탄도시험하였다. V50은 924ft/s(281.6 m/s)이고 SEAT는 408 J-Kg/㎡였다. 본 실시예의 구조는 우수한 탄도보호성을 제공하는 것이다. Aramid fiber reinforced flexible targets were prepared as described in Example 12.3. Twaron fibers (Akzo, 1450 denia, 1.5 denier per filament, tensile strength 24.4 g / denier, modulus 805 g / denier) were used in place of the Spectra ® 1000 eyepiece and wound on the drum at 8.3 turns per inch. Ballistics were tested on .38 lead bullets of the target with seven 0/90 panels with ADT = 0.995kg / m 2. V 50 was 924 ft / s (281.6 m / s) and SEAT was 408 J-Kg / m 2. The structure of this embodiment provides excellent ballistic protection.

실시예 15Example 15

15.1: Halar®필름(AlliedSignal Specialty Films 제품, Pottsville, PA)을 길이 4ft.(121.92㎝), 직경 30in.(76.2㎝)인 드럼 둘레에 감았다. 드럼을 회전시켜 PBZO 섬유(1300데니아)를 9.26ends/in.(3.65ends/㎝)로 감았다. 섬유망에 라텍스(중량비가 3:1인 Pierce and Stevens 제품인 Kraton® D1107와 Prinlin B7137X-1)를 분무하였다. 이 단일한-방향의 테이프를 Halar® 배킹과 함께 15평방인치(38.1㎠)로 절단하고 그 내부를 테이프로 0/90 교차-플라이하였다. 그 후 교차-플라이된 물질을 10tons/ft2(1.076x105 kg/㎡)에서 15분동안 125℃로 성형하였다. Halar® 필름을 제거하고 폴리에틸렌 필름을 0/90패널의 바깥쪽 표면에 놓고, 모든 어셈블리를 성형하였다. 15평방인치(38.1㎠)인 8개의 패널을 서로 적층하고, 클램프한 다음 .38구경 납 총탄(158 grains)을 사용한 점토 배킹에 대하여 시험하였다. V50값은 통상의 차폐(Shiled)-스타일 제품에서 비숫한 양의 PBZO섬유에 비하여 큰 것으로 예측된다. 15.1: Halar® film (AlliedSignal Specialty Films, Pottsville, PA) was wound around a drum 4 ft. (121.92 cm) in length and 30 in. (76.2 cm) in diameter. The drum was rotated to wind the PBZO fibers (1300 denia) to 9.26ends / in. (3.65ends / cm). The fibrous mesh was sprayed with latex (Kraton® D1107 and Prinlin B7137X-1 from Pierce and Stevens at a weight ratio of 3: 1). This single-way tape was cut 15 square inches (38.1 cm 2) with Halar® backing and 0/90 cross-ply inside with tape. The cross-flyed material was then molded at 125 ° C. for 15 minutes at 10 tons / ft 2 (1.076 × 10 5 kg / m 2). The Halar® film was removed and the polyethylene film was placed on the outer surface of the 0/90 panel and all assemblies were molded. Eight panels of 15 square inches (38.1 cm 2) were laminated to each other, clamped and tested for clay backing using .38 caliber lead bullets (158 grains). The V 50 value is expected to be large compared to a significant amount of PBZO fibers in conventional shielded-style products.

실시예 16Example 16

16.1: Halar®필름(AlliedSignal Specialty Films 제품, Pottsville, PA)을 길이 4ft.(121.92㎝), 직경 30in.(76.2㎝)인 드럼 둘레에 감았다. 드럼을 회전시켜 PBZT 섬유(1300데니아)를 9.26ends/in.(3.65ends/㎝)로 감았다. 섬유망에 라텍스(중량비가 3:1인 Pierce and Stevens 제품인 Kraton® D1107 및 Prinlin B7137X-1)를 분무하였다. 이 단일한-방향의 테이프를 Halar® 배킹과 함께 15평방인치(38.1㎠)로 절단하고 그 내부를 테이프로 0/90 교차-플라이하였다. 그 후 교차-플라이된 물질을 10tons/ft2(1.076x105 kg/㎡)에서 15분동안 125℃로 성형하였다. Halar® 필름을 제거하고 폴리에틸렌 필름을 0/90패널의 바깥쪽 표면에 놓고, 모든 어셈블리를 성형하였다. 15평방인치(38.1㎠)인 8개의 패널을 서로 적층하고, 클램프한 다음 .38구경 납 총탄(158 grains)을 사용한 점토 배킹에 대하여 시험하였다. V50값은 통상의 차폐(Shiled)-스타일 제품에서 비숫한 양의 PBZT 섬유에 비하여 큰 것으로 예측된다. 16.1: Halar® film (AlliedSignal Specialty Films, Pottsville, PA) was wound around a drum 4 ft. (121.92 cm) in length and 30 in. (76.2 cm) in diameter. The drum was rotated to wind the PBZT fibers (1300 denier) to 9.26ends / in. (3.65ends / cm). The fibrous mesh was sprayed with latex (Kraton® D1107 and Prinlin B7137X-1 from Pierce and Stevens at a 3: 1 weight ratio). This single-way tape was cut 15 square inches (38.1 cm 2) with Halar® backing and 0/90 cross-ply inside with tape. The cross-flyed material was then molded at 125 ° C. for 15 minutes at 10 tons / ft 2 (1.076 × 10 5 kg / m 2). The Halar® film was removed and the polyethylene film was placed on the outer surface of the 0/90 panel and all assemblies were molded. Eight panels of 15 square inches (38.1 cm 2) were laminated to each other, clamped and tested for clay backing using .38 caliber lead bullets (158 grains). The V 50 value is expected to be large compared to a significant amount of PBZT fibers in conventional shielded-style products.

본 발명의 상세한 설명, 도면 및 실시예등은 본 발명의 범주를 예시하는 것으로 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. The detailed description, drawings, and examples of the invention illustrate the scope of the invention and thus do not limit the invention.

Claims (26)

다수의 필라멘트 및 다수의 매트릭스 아일랜드를 포함하며, 상기 각 매트릭스 아일랜드는 최소 2개의 필라멘트를 연결하고, 상기 각 매트릭스 아일랜드는 평균크기가 5㎜미만이고, 상기 매트릭스 아일랜드 대 다수의 필라멘트의 최종 체적비는 0.5 또는 미만이며, 상기 매트릭스 아일랜드는 다수의 필라멘트를 단일한 구조로 서로 유지함을 특징으로 하는 복합체.A plurality of filaments and a plurality of matrix islands, each matrix island connecting at least two filaments, each matrix island having an average size of less than 5 mm, and a final volume ratio of the matrix islands to the plurality of filaments being 0.5 Or less than, wherein the matrix islands hold multiple filaments together in a single structure. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 필라멘트는 평면, 본질적으로는 평행하게 배열됨을 특징으로 하는 복합체.The composite of claim 1, wherein the plurality of filaments are arranged planar, essentially parallel. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 필라멘트는 평균 인장 모듈러스가 300g/denier 또는 그 이상이며 평균 강성도가(tenacity) 7g/denier 또는 그 이상인 필라멘트를 포함함을 특징으로 하는 복합체.The composite of claim 1, wherein the plurality of filaments comprise filaments having an average tensile modulus of 300 g / denier or greater and an average tenacity of 7 g / denier or greater. 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스 아일랜드대 다수의 필라멘트의 최종 체적비는 0.4 또는 미만임을 특징으로 하는 복합체.The composite of claim 1, wherein the final volume ratio of matrix islands to multiple filaments is 0.4 or less. 제 4항에 있어서, 상기 매트릭스 아일랜드대 다수의 필라멘트의 최종 체적비는 0.25-0.02임을 특징으로 하는 복합체.5. The composite of claim 4, wherein the final volume ratio of the matrix islands to the plurality of filaments is 0.25-0.02. 제 5항에 있어서, 상기 매트릭스 아일랜드대 다수의 필라멘트의 최종 체적비는 0.2-0.05임을 특징으로 하는 복합체.6. The composite of claim 5 wherein the final volume ratio of matrix islands to multiple filaments is 0.2-0.05. 제 1항에 있어서, 상기 필라멘트는 분자량이 500,000 또는 그 이상인 초고분자량 폴리에틸렌, 분자량이 750,000 또는 그 이상인 초고분자량 폴리프로필렌, 아라미드, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴로니트릴, 폴리벤즈옥사졸, 폴리벤조티아졸, 유리섬유, 세라믹 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 필라멘트임을 특징으로 하는 복합체.The method of claim 1, wherein the filament is an ultra high molecular weight polyethylene having a molecular weight of 500,000 or more, an ultra high molecular weight polypropylene having a molecular weight of 750,000 or more, aramid, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polybenzoxazole, polybenzothiazole And a filament selected from the group consisting of glass fibers, ceramics and mixtures thereof. 제 7항에 있어서, 상기 다수의 필라멘트는 분자량이 500,000 또는 그 이상인 초고분자량 폴리에틸렌을 포함함을 특징으로 하는 복합체.8. The composite of claim 7, wherein said plurality of filaments comprise ultra high molecular weight polyethylene having a molecular weight of 500,000 or more. 제 8항에 있어서, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트는 강성도가 30g/denier 또는 그 이상 그리고 인장 모듈러스가 1500g/denier 또는 그 이상임 특징으로 하는 복합체.9. The composite of claim 8 wherein the ultra high molecular weight polyethylene filament has a stiffness of 30 g / denier or more and a tensile modulus of 1500 g / denier or more. 제 7항에 있어서, 상기 다수의 필라멘트는 아라미드를 포함함을 특징으로 하는 복합체.8. The composite of claim 7, wherein said plurality of filaments comprise aramid. 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스 아일랜드는 탄성중합체, 열가소성 탄성중합체, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택 된 유연한 조성물을 포함함을 특징으로 하는 복합체.The composite of claim 1, wherein the matrix island comprises a flexible composition selected from the group consisting of elastomers, thermoplastic elastomers, thermoplastic resins, thermosetting resins, and mixtures thereof. 제 11항에 있어서, 상기 매트릭스 아일랜드는 탄성중합체를 포함함을 특징으로 하는 복합체.12. The composite of claim 11 wherein said matrix island comprises an elastomer. 제 11항에 있어서, 상기 매트릭스 아일랜드는 둘 또는 그 이상의 탄성중합체, 열가소성 탄성중합체 및 열가소성 수지의 혼합물을 포함함을 특징으로 하는 복합체.12. The composite of claim 11, wherein said matrix island comprises a mixture of two or more elastomers, thermoplastic elastomers and thermoplastic resins. 제 1항에 있어서, 상기 도메인 매트릭스는 강건한 구조의 필라멘트를 제공함을 특징으로 하는 복합체.The composite of claim 1 wherein said domain matrix provides a filament of robust structure. 제 1항에 있어서, 상기 복합체내의 각 필라멘트는 최소 하나의 매트릭스 아일랜드와 접촉함을 특징으로 하는 복합체.The composite of claim 1, wherein each filament in the composite is in contact with at least one matrix island. 제 15항에 있어서, 예정된 패턴의 다수의 매트릭스 아일랜드를 포함함을 특징으로 하는 복합체.The composite of claim 15 comprising a plurality of matrix islands in a predetermined pattern. 제 1항에 있어서, 상기 필라멘트는 일 방향으로 평행하게 배열됨을 특징으로 하는 복합체.The composite according to claim 1, wherein the filaments are arranged in parallel in one direction. 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스 아일랜드의 평균 크기는 평면차원으로 3㎜미만임을 특징으로 하는 복합체.2. The composite of claim 1 wherein the average size of the matrix islands is less than 3 mm in planar dimension. 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스 아일랜드의 평균 크기는 평면차원으로 1㎜미만임을 특징으로 하는 복합체.2. The composite of claim 1 wherein the average size of the matrix islands is less than 1 mm in planar dimension. 제 1항에 있어서, 상기 복합체는 Spectra®1000 분자량이 500,000 또는 그 이상인 초고분자량 폴리에틸렌 얀으로 제조된 2.54㎝(1in.) 당 45 x 45 ends를 갖는 평직물의 최소 70%의 유연성을 가짐을 특징으로 하는 복합체.The composite of claim 1 wherein the composite has at least 70% flexibility of a plain weave with 45 x 45 ends per 2.54 cm (1 in.) Made of ultra high molecular weight polyethylene yarn having a Spectra®1000 molecular weight of 500,000 or greater. Complex made with. 제 1항에 있어서, 상기 복합체는 0.7 이상의 유연성을 갖음을 특징으로 하는 복합체.The composite of claim 1, wherein the composite has a flexibility of at least 0.7. 제 1항에 있어서, 상기 복합체는 0.85 이상의 유연성을 갖음을 특징으로 하는 복합체.The complex of claim 1, wherein the complex has a flexibility of at least 0.85. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합체는 0.38구경 158그레인(grain)의 납 총탄 충격에 대한 탄도성능(SEAT) 값이 257J-㎡/㎏ 또는 그 이상인 것임을 특징으로 하는 복합체.23. The composite according to any one of claims 1 to 22, wherein the composite has a ballistic performance (SEAT) value for a lead bullet impact of 0.38 diameter 158 grains of 257 J-m 2 / kg or more. . 복수의 필라멘트를 포함하는 다층 섬유 웹; 및A multilayer fibrous web comprising a plurality of filaments; And 평균 사이즈가 5mm 미만임을 특징으로 하며, 적어도 2개의 필라멘트를 연결하는 복수의 매트릭스 아일랜드;A plurality of matrix islands connecting the at least two filaments, the average size being less than 5 mm; 를 포함하고, 매트릭스 아일랜드 대 다수의 필라멘트를 단일구조로 서로 유지하고, 0.38구경 158 그레인 납 총탄에 대하여 연속 폴리머 매트릭스를 갖는 동일 면적의 복합체보다 큰 V50값을 갖는 복합체.A composite having a V 50 value greater than a composite of the same area having a continuous polymer matrix for 0.38 diameter 158 grain lead bullets; 삭제delete 삭제delete
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